玉米miRNA ZmMIR319A通过TCP转录因子模块协同调控叶倾角与耐热性的机制研究

《Plant Communications》：The ZmMIR319A-ZmTCP5/44 module bifurcates into two pathways to coordinately regulate leaf angle and thermotolerance in maize

　　

摘要

全球变暖日益威胁粮食作物的产量，因此需要培育兼具高产潜力与气候韧性的新品种。优化植株形态结构，尤其是通过减小叶倾角（LA）来实现密植和增强光能捕获，但协调形态改良与耐热性之间的机制仍 largely 尚不清楚。本研究鉴定出 miRNA ZmMIR319A 是同时调控叶倾角和耐热性的关键调控因子。ZmMIR319A 通过转录后抑制 Teosinte 分枝1/钟状花/PCF（TCP）转录因子 ZmTCP5 和 ZmTCP44 来促进叶倾角增大，从而解除其对生长素转运基因 ZmPIN1 和 ZmPIN8 的抑制，刺激耳状区域的薄壁细胞增殖。在热胁迫下，ZmMIR319A 的快速下调导致 ZmTCP5/44 蛋白积累，这些蛋白抑制叶片中的热激伴侣蛋白基因 ZmHSP70-4 和 ZmHSP90-5，从而调节耐热性，同时持续抑制 ZmPIN1/8 介导的生长。因此，ZmMIR319A-ZmTCP5/44 模块在玉米中分叉为两条通路，分别通过生长素转运协调调控叶倾角，以及通过热激蛋白信号通路调控耐热性。值得注意的是，ZmMIR319A 基因敲除突变体在密植条件下实现了产量的提高，但耐热性有所降低，突显了形态结构优化与逆境适应之间的权衡关系。综上所述，本研究发现单一调控模块可以同时优化植株形态结构和逆境适应性，为分子育种提供了具有理想植株形态和气候韧性的玉米品种双靶点策略。