玉米转录因子ZmEREB130负调控植株生长与种子大小的分子机制及其育种应用价值

本研究针对玉米AP2/EREBP家族成员调控发育的机制空白，克隆鉴定出ZmEREB130转录因子，通过Y2H、BiFC、RNA-seq等技术证实其通过AP2结构域同源二聚化并抑制发育相关基因表达，在拟南芥中异源表达导致植株矮化、种子缩小，为玉米高产育种提供了负调控靶点。

　　

玉米作为全球主要粮食作物，其产量提升一直是育种研究的核心目标。然而，调控玉米植株生长和种子大小的关键基因网络仍存在大量未知环节。AP2/EREBP（APETALA2/Ethylene Response Element Binding Protein）家族作为植物特有的转录因子，虽已知参与生长发育和胁迫响应，但该家族在玉米中对株高和种子形态的调控机制几乎未被探索。尤其值得注意的是，种子大小直接影响千粒重，而株高与抗倒伏性和生物量密切相关——这两个性状的协同调控对高产育种至关重要。

四川省农业科学院的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表的研究，首次系统解析了玉米ZmEREB130基因的生物学功能。研究人员通过克隆该基因，结合亚细胞定位、酵母双杂交(Y2H)、双分子荧光互补(BiFC)、分裂荧光素酶(split-LUC)等技术，证明其编码典型AP2转录因子，能通过AP2结构域形成同源二聚体并与ZmFdx1/5互作。在拟南芥中异源表达ZmEREB130导致转基因植株出现幼苗弱小、生物量降低、花期延迟、株高下降等表型，种子长度、宽度和重量显著减少。RNA-seq和双荧光素酶报告系统(dual-LUC)进一步揭示ZmEREB130通过结合发育相关基因启动子抑制其转录。

关键技术方法包括：从玉米B73品系克隆ZmEREB130基因；利用拟南芥稳定转化体系获得5个过表达株系；通过Y2H、BiFC验证蛋白互作；采用RNA-seq分析差异表达基因；运用dual-LUC检测启动子结合活性。

【ZmEREB130是AP2/EREBP家族的典型成员】
生物信息学分析显示ZmEREB130含8个外显子，编码543个氨基酸，具有两个保守AP2结构域。系统发育树将其归类于AP2亚家族，与高粱SbAP2-1亲缘最近。

【ZmEREB130蛋白特性与互作网络】
亚细胞定位证实其定位于细胞核，无自激活活性。互作实验首次发现该蛋白可通过AP2结构域形成同源二聚体，并与铁氧还蛋白ZmFdx1/5存在物理相互作用。

【时空表达模式与转基因表型】
qRT-PCR显示ZmEREB130在玉米种子中高表达。拟南芥过表达株系呈现生长抑制表型：株高降低28%-35%，种子重量减少22%-29%，且表型与基因表达量呈负相关。

【分子机制解析】
RNA-seq鉴定到256个下调基因，富集于细胞扩张和激素信号通路。dual-LUC证实ZmEREB130直接抑制EXPANSIN（细胞扩张蛋白）和CYCD3（细胞周期调控因子）等基因的启动子活性。

该研究创新性在于：首次揭示玉米AP2亚家族成员通过蛋白二聚化调控发育的分子路径；提出ZmEREB130-ZmFdx1/5互作模块可能整合氧化还原信号与发育调控；为基因组编辑靶向改造该基因实现产量提升提供理论依据。讨论部分指出，ZmEREB130与已报道的正调控因子（如GmAP2-1）功能相反，这种功能分化可能源于其对下游靶基因的差异化调控。未来研究可探索CRISPR/Cas9敲除该基因对玉米田间性状的影响，为"减负增效"育种策略开辟新途径。