玉米叶舌区域单核图谱揭示油菜素内酯驱动的细胞命运转变调控叶角

《Nature Communications》：A single-nucleus atlas of ligular region uncovers brassinosteroid-driven cell fate transitions controlling leaf angle in maize

　　

摘要

叶舌区域是决定玉米叶角（LA）和植株架构的关键部位，但其发育机制尚不明确。在本研究中，我们构建了覆盖从叶原基到前叶舌带（PLB）再到成熟阶段的玉米叶舌区域单核RNA-seq图谱。通过整合细胞与转录组分析，我们发现油菜素内酯（BR）抑制近轴分裂区的细胞分裂，同时促进近轴下皮层细胞的伸长。因此，BR处理导致耳状体和叶舌的异位发生。在早期阶段，GDSL酯酶/脂肪酶基因（GELP2/3/6）作为出现过程的关键调控因子，其功能缺失会导致叶舌和耳状体异位启动及生长受损。在后期阶段，近轴下皮层细胞成为BR介导细胞伸长和叶角扩张的关键位点，其中转录因子LIGULELESS1（LG1）与BRASSINAZOLE-RESISTANT1（BZR1）协同驱动细胞伸长以增加叶角。值得注意的是，比较单核RNA-seq分析揭示，近轴细胞伸长的差异及随后的下皮层木质化解释了自交系间叶角的多样性。综上所述，我们的发现阐明了BR驱动叶舌区域细胞命运转变的分子机制，并为培育具有理想株型的高产玉米品种提供了潜在靶点。