Plant J: 中国农大张义荣、邢界文共同通讯揭示一个调控玉米叶宽功能基因ZmNL4

叶宽(LW)是植物构型的重要组成部分，在光合作用和籽粒产量过程中，尤其是在密植条件下，它对光吸收和产量都有重要影响。然而，玉米 LW 的遗传和分子调控机制尚不清楚。在这项研究中，qLW4a，一个主要的数量性状基因座控制 LW，被鉴定在一个玉米自交系 PH6WC，宽叶，Lin387，窄叶的群体中。

基于图位克隆的结果表明，ZmNL4是一个 kelch-repeat 超家族基因，可能是 qLW4a 的候选基因，而 Lin387中 ZmNL4的 SMC _ prok _ b 保守结构域的一个单碱基缺失引起了移码框，导致了过早终止。通过 CRISPR/Cas9编辑技术敲除 ZmNL4基因可以显著降低 LW，这是由于细胞数量的减少而不是细胞大小的减少，表明 ZmNL4在调节细胞分裂中的起作用。通过对 ZmNL4基因敲除系与野生型 B73-329的转录组学比较，发现 ZmNL4可能参与了细胞壁的生成、细胞的不对称分裂、代谢过程、跨膜转运和对外界刺激的反应等。这些结果为揭示 ZmNL4控制玉米长穗颈的遗传机制和分子机制提供了依据，为玉米育种优化植株结构提供了可能。

Leaf width (LW) is an important component of plant architecture that extensively affects both light capture during photosynthesis and grain yield, particularly under dense planting conditions. However, the genetic and molecular mechanisms regulating LW remain largely elusive in maize (Zea mays L.). In this study, qLW4a, a major quantitative trait locus controlling LW, was identified in a population constructed with maize inbred lines PH6WC, with wide leaves, and Lin387, with narrow leaves. Map-based cloning revealed that ZmNL4, a kelch-repeat superfamily gene, emerged to be the candidate for qLW4a, and a single-base deletion in the conserved SMC_prok_B domain of ZmNL4 in Lin387 caused a frame shift, leading to premature termination. Consistently, the knockout of ZmNL4 by CRISPR/Cas9 editing significantly reduced the LW, which was attributed to a reduction in the cell number instead of cell size, indicating a role of ZmNL4 in regulating cell division. Transcriptomic comparison of ZmNL4 knockout lines with the wild type B73-329 revealed that ZmNL4 might participate in cell wall biogenesis, asymmetric cell division, metabolic processes, transmembrane transport and response to external stimulus, etc. These results provide insights into the genetic and molecular mechanisms of ZmNL4 in controlling LW and could potentially contribute to optimizing plant architecture for maize breeding.

DOI: 10.1111/tpj.15348