青岛市农科院在玉米表皮蜡质合成 研究领域取得新进展

近日，作物学领域SCI期刊《The Crop Journal》（Q1，IF：6.6）在线发表了青岛市农业科学研究院赵燕博士与山东农业大学有关学者合作的研究论文“ZmCER1, a putative ECERIFERUM 1 protein in maize, functions in cuticular wax biosynthesis and bulliform cell development”，该文章报道了一个叶片皱缩破裂突变体ragged leaf4 (rgd4) 的关键调控基因ZmCER1，证明了其在玉米叶片表皮蜡质合成以及泡状细胞（bulliform cell, BC）发育中的重要作用。

角质蜡是覆盖在植物表面的最后一道物理屏障，参与植物多种生物与非生物胁迫反应，对于植物器官的正常发育至关重要。目前，蜡质缺失突变体相关研究主要集中在抗旱、抗病等胁迫反应，关于表皮蜡质调控叶片发育的机制鲜有报道。赵燕博士等研究人员在田间鉴定了一个稳定遗传的叶片破裂皱缩突变体rgd4，其叶片皱缩处的BC数目显著增多（图1）。通过图位克隆将目的基因定位到5号染色体上3.72 kb的区间内，该区间只含有一个编码ECERIFERUM 1蛋白的ZmCER1基因，利用基因编辑突变体及EMS突变体的等位性分析进一步证实ZmCER1为目的基因。ZmCER1第五外显子处 Popin转座子的插入造成植株叶片发育畸形，但ZmCER1过表达后并不影响BC发育，表明玉米CER1蛋白在叶片正常发育中不可或缺。ZmCER1与拟南芥AtCER1具有55.6%的相似度，通过对rgd4和过表达材料的叶片扫描电镜观察，发现叶片表皮蜡质密度与ZmCER1的表达量呈正相关，证实其对蜡质合成的正调控作用。转录组分析表明，rgd4突变体中多个蜡质合成通路基因表达量异常。该研究初次鉴定了一个叶片发育畸形的蜡质相关突变体，进一步丰富了CER1的功能表征，为研究蜡质对玉米叶片发育的调控机理提供了新的遗传资源和研究视角。

基因定位和等位性验证