Nature Plants?|?中科大/生物育種安徽省實驗室張志勇團隊揭示玉米籽粒產量與品質協同提高的新機制

玉米是全球種植面積最廣、產量最高的作物之一，其籽粒產量與品質直接關系到糧食安全與營養供給。籽粒灌漿是決定最終產量和品質形成的關鍵階段，其過程直接影響淀粉、蛋白質及微量營養元素的積累。然而，這一關鍵過程受到高度復雜的轉錄調控網絡的精細控制，其核心調控機制仍有待深入解析。由于產量與品質性狀具有多基因調控特性，長期以來被視為作物育種中難以同步優化的關鍵瓶頸。盡管已鑒定出十余個調控玉米籽粒發育的轉錄因子，但鮮有轉錄因子被證實能夠同時實現產量與品質協同提升。

2026年3月19日，中國科學技術大學生命科學與醫學部/生物育種安徽省實驗室張志勇團隊Nature Plants在線發表了題為“ZmMYB127 controls maize endosperm filling via dual-transcriptional regulation to improve grain yield and quality”的研究論文。該研究整合CUT&Tag、AlphaFold的結構預測和蛋白質相互作用篩選等技術，揭示了ZmMYB127通過雙重轉錄活性協調籽粒糊粉層發育和營養物質積累，進而提高了籽粒的產量和品質，這一重要發現凸顯了 ZmMYB127 作為玉米分子育種關鍵靶點的重要應用潛力。鑒于該研究的重要性，Nature Plants雜志同期配發了題為“Dual transcriptional control by ZmMYB127 regulates grain yield and quality”研究簡報，對該工作進行了重點推介。

研究團隊利用公開的玉米籽粒發育高時間分辨率轉錄組圖譜，鑒定出ZmMYB127是MYB家族轉錄因子中在灌漿胚乳表達量最高且最特異的轉錄因子。功能分析表明，ZmMYB127基因敲除會破壞灌漿胚乳中糊粉層的形成，導致籽粒重量、品質和營養價值均顯著降低（圖1）。

圖1 ZmMYB127對灌漿期籽粒發育和糊粉層維持至關重要

利用CUT&Tag-seq、EMSA和DLR等技術手段，研究團隊發現ZmMYB127對核心胚乳灌漿基因NKD1、NKD2、CR4和O2發揮雙重轉錄調控作用（圖2）。進一步地，研究團隊通過對ZmMYB127不同截短片段的轉錄活性進行分析，鑒定出一個6個氨基酸的抑制基序（EAR基序），該基序缺失可解除對CR4和O2表達的抑制。機制上，ZmMYB127可以與O2形成激活復合物，通過結合NKD1和NKD2基因啟動子中的兩個不同的順式調控元件（CRE1和CRE3），協同誘導NKD1和NKD2的表達。相反，ZmMYB127、共抑制因子ZmLUG3和B3結構域轉錄因子ZmABI4形成抑制復合物，通過另一對CRE元件（CRE1和CRE2）抑制O2和CR4的表達（圖3）。

圖2 ZmMYB127對NKD1、NKD2、CR4和O2發揮雙重轉錄調控作用

研究團隊通過多年多點考察，發現在B104自交系的胚乳中過表達ZmMYB127可提高籽粒重量、品質和營養價值。將這種過表達導入鄭單958品種中也觀察到了類似的改良。此外，其水稻同源物OsMYB20在胚乳灌漿中也發揮保守作用。這些研究結果表明，ZmMYB127是一個有前景的谷物改良靶點，且不會對精準育種造成不利影響。

圖3 以ZmMYB127為中心調控玉米胚乳填充和糊粉層發育關鍵基因的轉錄機制工作模型

中國科學技術大學生命科學與醫學部博士后石健、碩士研究生李智強和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?；究蒲袠I務費專項基金的資助。

研究論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41477-026-02238-3

研究簡報鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41477-026-02241-8