自然·植物 | 中國科學技術大學張志勇團隊在玉米高產優質領域取得新突破！

玉米作為全球三大谷物之一，其胚乳占籽粒生物量80%以上，是產量和品質形成的關鍵。然而，作物育種中長期面臨一個棘手難題——產量與品質往往難以兼得。例如，著名的“伊利諾伊高蛋白”選育系雖然蛋白含量提升，卻伴隨著籽粒變小、產量下降等負面效應。如何打破這一“蹺蹺板”效應，實現產量和品質的協同提升，一直是作物科學領域的核心目標。

2026年3月19日，中國科學技術大學張志勇研究員團隊在《自然·植物》期刊發表題為《ZmMYB127 controls maize endosperm filling via dual-transcriptional regulation to improve grain yield and quality》的研究論文。該研究揭示了一個在玉米灌漿期胚乳中特異表達的轉錄因子ZmMYB127，它通過獨特的雙重轉錄調控機制，同時調控多個關鍵基因，進而協同提升玉米籽粒的產量、品質和營養。

研究發現，ZmMYB127在玉米籽粒灌漿期的胚乳中高度表達。利用CRISPR技術敲除該基因后，成熟籽粒出現粉質皺縮的表型，百粒重降低約17%-19%，容重和硬度也顯著下降。更引人注目的是，胚乳中淀粉和蛋白質含量分別減少約2.8%和7.8%，維生素B6和B9含量更是銳減超過13倍和2倍，鐵、鋅等微量元素含量也明顯降低。細胞學觀察表明，在灌漿關鍵期（授粉后16天），突變體的糊粉層細胞變得不規則且排列紊亂，這解釋了營養元素積累受阻的原因。

在分子機制層面，該團隊通過CUT&Tag測序等技術發現，ZmMYB127并非“單打獨斗”，而是通過招募不同伙伴實現“雙重”調控。一方面，它與另一個關鍵轉錄因子O2形成復合物，共同結合在靶基因NKD1/2的啟動子上，協同激活其表達，促進胚乳的正常填充。另一方面，ZmMYB127利用其自身的EAR抑制基序，通過橋聯蛋白ZmLUG3招募抑制因子ZmABI4，形成三元抑制復合體，進而抑制CR4和O2的表達。這種精細的“一激活一抑制”雙重調控模式，確保了胚乳填充過程的精準運行。

基于上述機制，研究團隊將ZmMYB127在灌漿期胚乳中特異性過表達。田間試驗結果顯示，過表達株系的百粒重增加超過10%，容重和硬度顯著提升，淀粉和蛋白質含量分別提高約2%和27%。更為可貴的是，籽粒中的維生素B6、B9以及磷、鐵、鋅等營養元素含量也大幅增加。將該過表達基因導入我國主推玉米品種“鄭單958”后，同樣實現了百粒重增加5.4%、蛋白含量提高15.4%、鐵含量提升22.1%的顯著效果，且植株株高、穗位高等農藝性狀未受影響。

值得關注的是，該調控機制在禾本科作物中可能具有保守性。研究發現，ZmMYB127在水稻中的同源基因OsMYB20同樣參與胚乳填充過程。敲除OsMYB20會導致籽粒堊白、千粒重下降，而特異性過表達則能顯著增加粒長、粒寬和千粒重，同時增厚糊粉層。這一發現為將該策略應用于其他谷物作物提供了重要依據。

中國科學技術大學生命科學與醫學部博士后石健、碩士研究生李智強與王澤宇為本論文的共同第一作者，張志勇研究員為本論文通訊作者。中國科學技術大學博士生潘書興和吳旭，安徽農業大學王席副教授，中國科學院合肥物質科學研究院葉亞峰和徐卓平副研究員，中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所賀軍軍副研究員等在本研究中做出了重要貢獻。特別感謝中國農業科學院作物科學研究所張學勇研究員提供了轉錄活性分析相關載體。該研究工作得到了生物育種安徽省實驗室、安徽省杰出青年科學基金、國家自然科學基金和中央高校基本科研業務費專項基金的資助。

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