玉米是全球重要的粮饲兼用作物，籽粒重量是决定产量的核心指标。玉米胚乳基底转移层（basal endosperm transfer layer，BETL）是连接母体维管组织与子代胚乳的关键养分转运通道，其特有的细胞壁内突（cell wall ingrowth，CWI）结构能够极大扩增细胞膜面积，保障营养物质高效流入籽粒。目前仅鉴定出ZmMRP-1及ZmMYBR29等少数MYB类转录因子特异调控BETL分化，玉米胚乳养分转运的遗传调控机制仍存在大量空白。
近日，小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室王桂凤教授课题组在国际权威植物期刊《The Plant Journal》在线发表题为The HD‐Zip IV gene ZmHB118 is required for basal endosperm transfer layer formation and maternal-to-filial nutrient allocation during maize seed filling的研究论文。该研究阐明了HD-Zip IV家族转录因子ZmHB118调控玉米BETL发育与养分转运的分子机制，为高产玉米分子设计育种提供关键基因资源与理论依据。
研究团队通过多组学表达图谱筛选发现ZmHB118在玉米BETL细胞特异表达，且编码定位于细胞核的转录激活因子。基因编辑技术创制zmhb118突变体籽粒长宽显著减小、粒重大幅降低；胚胎与胚乳发育进程滞后，BETL细胞排列紊乱，细胞壁内突结构发育缺陷、纤维素沉积量明显下降，养分转运的结构基础遭到破坏。
zmhb118突变影响BETL结构和功能
整合RNA-seq与DAP-seq结果获得ZmHB118直接靶向的两个BETL特异非典型脂质转运蛋白基因NCLTP1/2（non-canonical lipid transfer protein），且ZmHB118可直接结合靶基因的启动子区域并激活其转录。研究提出调控模型：ZmHB118激活NCLTP1/2表达，推动脂质向细胞壁转运，支撑BETL细胞壁内突正常构建，保障母体养分持续高效输送至籽粒；当ZmHB118功能缺失时，脂质转运通路受阻，BETL转运结构发育缺陷，籽粒灌浆速率显著下降，最终造成粒重降低。
ZmHB118结合NCLTP1/2的启动子并激活其转录
该研究将HD-Zip IV转录因子的生物学功能拓展至禾本科作物胚乳转运组织发育，完善了BETL分化调控网络。有意思的是，ZmHB118专一负责转运细胞的结构建成，基因敲除不会改变籽粒淀粉与贮藏蛋白的组分占比，育种利用安全性高。后续团队将围绕ZmHB118开展精准分子改良，通过组织特异性调控强化BETL细胞壁内突发育、延长籽粒高效灌浆周期，为培育稳产、高产玉米新品种提供全新育种策略。
作者简介
小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室青年教师陈洪宇为该论文第一作者及通讯作者，已毕业硕士生邓佳佳（现山东农业大学在读博士生）为共同第一作者，王桂凤教授为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金等项目资助。
引用本文
Hongyu Chen*†, Jiajia Deng†, Yuyu Wang, Jing Guo, Fan Wu, Dongsheng Shi, Xiaoyue Luan, Zihan Lu, Zhiyuan Ma, Yongyan Wang, Jie Lei, Qingwen Shen, Jihua Tang, Guifeng Wang*. (2026). The HD-Zip IV gene ZmHB118 is required for basal endosperm transfer layer formation and maternal-to-filial nutrient allocation during maize seed filling. The Plant Journal. DOI: 10.1111/tpj.71029.
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