［本站讯］1月12日，生命科学学院徐芳教授团队与美国冷泉港David Jackson教授合作在Nature Communications发表题为“ERECTA genes and their ligands regulate shoot and inflorescence architecture in maize”的研究工作，该研究系统揭示了玉米中ERECTA家族受体激酶及其小肽配体调控玉米株型及穗型的关键功能，进一步完善了玉米分生组织发育的基因调控网络，并为通过调控ERECTA通路优化玉米株型及穗型、实现密植高产提供了新靶点及新策略。

玉米株型及穗型是决定产量的关键因子，两者的建成依赖分生组织活性的精细调节。玉米地上部分由茎尖分生组织（shoot apical meristem，SAM）发育而来，SAM的建立及活性维持在塑造玉米株型关键性状中起重要作用。玉米雌穗由花序分生组织（inflorescence meristems, IMs）发育而来，穗行数、行粒数等产量性状在幼穗早期即受到花序分生组织活性调控。当前，除经典的CLAVATA–WUSCHEL（CLV–WUS）信号通路之外，玉米中参与分生组织发育调控的其他信号调控途径仍知之甚少，其作用机制亟待深入研究。

图1: ZmER调控玉米植株的结构以及分生组织的发育

为完善玉米分生组织的发育的调控网络，本研究利用CRISPR/Cas9技术对玉米ERECTA受体激酶家族的三个成员（ZmER1、ZmER2和ZmERL）进行了靶向敲除，系统构建并鉴定了单突变体，双突变体和三突变体。表型与遗传分析表明，这三个基因是调控茎尖分生组织与花序分生组织活性、株型以及穗型发育的关键因子。其中，Zmer1突变体表现为植株结构更加紧凑、分生组织增大以及穗部扁且穗行数增加的表型，Zmer2或Zmerl单突变体未出现明显的表型，但能进一步增强Zmer1的表型，揭示了ERECTA家族成员间的功能冗余性及ZmER1的主导作用（图1）。

进一步研究发现ZmER1受体可与EPIDERMAL PATTERNING FACTOR（EPFL）家族的多个小肽配体结合，且Zmepfl突变体表现出花序分生组织增大和穗部扁平的表型，其中ZmEPFL1-1发挥关键作用。此外，在Zmers突变体中ZmWUS1基因表达显著上调，遗传分析表明，Zmwus1突变可部分抑制Zmer1突变体花序分生组织增大的表型，揭示了玉米ERECTA通路与CLV–WUS信号通路之间的功能关联。此外，本研究还鉴定出可改善株型的Zmer1弱等位基因突变体，通过微调ZmER1的活性，从而提升玉米的密植高产潜力。

玉米增产既依赖于穗型改良带来的单株产量提升，也依赖于株型优化赋予的高密度种植潜力。综上，本研究揭示了ERECTA家族受体激酶及其配体在协同调控玉米株型和穗型中的关键作用，为通过优化植株与穗部结构实现密植增产提供了重要的遗传靶点及依据。

山东大学生命科学学院博士研究生刘晓、博士后王金彪为共同第一作者，徐芳教授、David Jackson教授为共同通讯作者。山东农业大学教授张志明、中山大学教授杨芳、河南农业大学教授吴刘记、中国农业大学教授董朝斌、英国剑桥大学教授Madelaine Bartlett对本研究提供了指导和帮助。该研究得到了国家自然科学基金，山东省自然科学基金，山东省泰山学者等项目资助。