トウモロコシにおけるERECTA遺伝子とそのリガンドによるシュートおよび花序構造の制御

科学分野:

• 植物生物学
• 遺伝学
• 農業科学

背景:

• トウモロコシの収量形質は、CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION関連（CLE）ペプチドシグナルおよびCLAVATA（CLV）受容体によって制御されるメリン活動にリンクされており、これはCLAVATA-WUSCHEL（CLV-WUS）経路内にある。
• トウモロコシのメリン発達を制御する追加のシグナル伝達経路はよく理解されていない。

研究 の 目的:

• トウモロコシのメリン活動、植物構造、および穂の発達の新規調節因子を同定すること。
• ZmERECTA様（ZmER）受容体およびEPIDERMAL PATTERNING FACTOR様（ZmEPFL）ペプチドのトウモロコシの発達における役割を調査すること。
• これらの遺伝子標的のトウモロコシ収量改善の可能性を探ること。

主な方法:

• 3つの受容体様キナーゼ、すなわちZmERECTA1（ZmER1）、ZmER2、およびZmER1様（ZmERL）、およびそれらのリガンドであるZmEPFLペプチドの同定と特性評価。
• 構造、花序メリン（IM）サイズ、およびカーネル列数（KRN）を含む突然変異体の表現型の分析。
• ZmER1がEPFLペプチドに結合すること、およびZmWUS1がZmer突然変異体の表現型に及ぼす影響を含む遺伝子相互作用の調査。

主要な成果:

• ZmER受容体、特にZmER1、およびZmEPFLペプチドは、トウモロコシのメリン活動、植物構造、および穂の発達において冗長に作用する重要な調節因子として同定された。
• ZmER遺伝子の突然変異は、コンパクトな構造、増大したIM、および増加したKRNをもたらし、高次突然変異体では表現型が悪化した。
• ZmER1は特異的に5つのEPFLペプチドに結合し、Zmer突然変異体におけるZmWUS1の上方制御は経路相互作用を示唆しており、Zmwus1突然変異体は増大したIMを部分的に抑制した。

結論:

• 本研究は、トウモロコシのメリン発達と構造におけるER-EPFLシグナル伝達経路の重要な役割を解明した。
• ZmER1の弱いアレルが生成され、葉角度の減少やKRNの増加などの収量形質が強化された。
• これらの発見は、植物および穂の構造を最適化することによって、より収量の高いトウモロコシ品種の育種のための貴重な遺伝子標的を提供する。