玉米ZmICE1a基因的克隆与功能解析：改良籽粒性状的关键调控因子

这篇研究通过精细定位玉米产量相关QTL qKWEI3.1，克隆了关键基因ZmICE1a（bHLH转录因子），揭示其通过调控ABA信号通路、淀粉代谢（Pho1/Pho2）及光合效率，显著提高株高、茎粗、籽粒重量（100-kernel weight）和淀粉含量，为高产玉米育种提供了新靶点。

　　

精细定位与基因克隆

研究团队利用SCML0849（大粒粉质）与ZNC442（小粒硬质）构建的F_2:3群体，将控制籽粒重量的主效QTL qKWEI3.1精细定位至染色体3的159.1419 Mb区间。通过生物信息学分析锁定唯一候选基因ZmICE1a（ZmbHLH175），其启动子区含有光响应元件（G-box/I-box）和胚乳发育相关O₂-site，暗示多功能调控潜力。

基因结构与进化特征

序列分析发现，ZNC442品系存在6个非同义突变（如Ala114Pro），导致4个氨基酸替换，而SCML0849与B104的CDS完全一致。系统发育显示ZmICE1a与高粱、芒草等单子叶植物聚为一支，而ZmICE1b/c则与双子叶植物（如拟南芥）亲缘更近。Motif分析进一步证实ZmICE1a在单子叶中具有独特保守性。

时空表达与亚细胞定位

ZmICE1a在籽粒形成期（R2阶段）表达量最高，暗示其参与灌浆调控。亚细胞定位实验显示ZmICE1a-eGFP融合蛋白特异性定位于细胞核，符合转录因子特性。

过表达表型多维解析

在B104背景中构建的过表达株系（OE1-3）展现出显著农艺优势：

• 营养生长：株高增加18.7%，茎粗提升23.5%，叶绿素含量（F_V/F_M）提高15.2%

• 生殖转型：抽雄（DTT）、吐丝（DTS）时间提前3-5天

• 籽粒改良：粒宽增加12.3%，单粒体积扩大19.8%，淀粉含量提升27.4%，但粒长无显著变化

分子机制深度挖掘

转录组分析揭示ZmICE1a通过多通路协同调控：

1. 淀粉代谢：下调淀粉磷酸化酶Pho1/Pho2，激活蔗糖合成酶SUS1

2. ABA信号：显著上调SnRK2家族成员SAPK3（Zm00001eb141970）

3. 蛋白稳态：E3泛素连接酶AIP2参与光合相关蛋白降解

4. 跨组织协调：11个共表达基因（如线粒体融合基因Zm00001eb039290）可能介导源-库联动

理论与应用价值

本研究突破性地揭示了ZmICE1a在非胁迫条件下直接调控籽粒发育的新功能，与已报道的JA-ZmJAZ9防御通路形成互补。其通过"光合效率提升→碳源供应增加→淀粉合成增强"的级联效应，为设计"高光效-高产量"协同改良的分子育种策略提供了新思路。

（注：全文严格依据原文数据，未添加任何推测性结论；专业术语如F_V/F_M、DTT等均保留原文格式；省略了文献引用标记及图表指示符）