研究背景：

2026年6月21日，安徽农业大学农学院、作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室李培金课题组在中国科学院一区TOP植物学期刊New Phytologist（IF 8.7）在线发表了题为“Variation at the ZmCALS5 promoter regulates maize pollen fertility by modulating ZmABI4 binding affinity”的研究论文。该研究发现，ZmCALS5基因启动子的一个SNP（-756A/C）影响该基因的表达水平及胼胝质的含量。转录因子ZmABI4能直接结合并抑制ZmCALS5的表达，从而负向调控胼胝质积累和花粉育性。这些发现不仅为玉米花粉发育提供了新的理论框架，也为玉米育种挖掘了有价值的天然等位基因变异。

正文导读：

研究团队对B73和Abe2构建的重组自交系（RIL）群体的花粉败育率进行统计，通过QTL定位，定位到一个和花粉育性显著相关的QTL—qPA6。通过重组交换单株将候选区间进一步缩小至1.54 cM。对区间内候选基因的表达量分析和功能注释发现，与胼胝质合成相关的ZmCALS5可能参与调控玉米花粉发育。为探究ZmCALS5在花粉发育中的功能，研究团队通过EMS诱变获得Zmcals5突变体。与野生型相比，该突变体花粉败育率显著上升，花粉粒数量减少，胼胝质含量亦明显降低。半薄切片观察显示，减数分裂期间，Zmcals5-1突变体二分体细胞（Dy）出现形状不规则及降解现象；至四分体（Td）时期，MMC大小不一、分化不均，部分四分体细胞质形成异常。有丝分裂后期，突变体小孢子壁细胞（Msp）显示溶解迹象，液泡化受阻。扫描电镜（SEM）进一步显示突变体成熟花粉粒表面明显内陷、皱缩（图1）。因此，ZmCALS5在胼胝质积累及花粉正常发育中发挥关键作用。

图1 Zmcals5突变体表现出花粉败育

同时，研究团队筛选到一个可与ZmCALS5启动子-756 bp位置特异性结合的转录因子——ZmABI4。进一步研究证实，ZmABI4能直接结合该启动子并转录抑制ZmCALS5的活性，且与Abe2类型启动子的结合能力更强（图2）。

图2 ZmABI4直接且差异性地结合B73和Abe2的ZmCALS5启动子

Zmabi4-1突变体花粉败育率显著低于野生型对照B73。原位杂交表明ZmABI4在花粉母细胞中表达，四分体苯胺蓝染色显示Zmabi4-1中胼胝质积累和花粉母细胞发育正常。相反，过表达ZmABI4的株系（ZmABI4-OE）花粉败育率显著升高、花粉粒数量减少，且ZmCALS5表达和胼胝质含量均显著低于野生型。这些结果共同表明ZmABI4负调控ZmCALS5表达及胼胝质积累，进而影响花粉育性（图3）。

图3 ZmABI4负调控玉米花粉育性

综上所述，该研究揭示了胼胝质合酶基因ZmCALS5是控制玉米花粉败育率主效QTL qPA6的关键基因。其启动子区域的自然变异SNP−756A/C改变了上游转录因子ZmABI4的结合亲和力，从而导致ZmCALS5转录激活水平、胼胝质沉积以及花粉败育率的差异。这些发现为玉米育种中提高花粉育性提供了新思路和新途径。

作者信息：

安徽农业大学农学院已毕业的李俊瑶博士、青年教师王腾岳、王席副教授为论文共同第一作者，安徽农业大学农学院李培金教授为论文通讯作者。该研究得到农业科技重大项目（NK202307020104）、国家重点研发计划（2022YFD1201803）、国家自然科学基金（32171954 和 32202322）以及安徽省生物育种实验室资助项目（2025SWYZ0200）的支持。

论文信息

Variation at theZmCALS5 promoter regulates maize pollen fertility by modulating ZmABI4 bindingaffinity

Variation at theZmCALS5 promoter regulates maize pollen fertility by modulating ZmABI4 bindingaffinity

New Phytologist

DOI：10.1111/nph.71377

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期刊介绍

New Phytologist (NPH) 是一本国际植物科学期刊，发表植物科学及其应用领域的高水平原创研究，内容分为生理与发育、环境、互作、进化及变革性植物生物技术五大方向，覆盖从细胞内过程到全球环境变化的广泛主题。期刊由非营利机构 New Phytologist Foundation 出版，致力于推动植物科学发展，是植物科学领域的重要国际学术交流平。

2025 JIF：8.7 ｜ CiteScore：16.1

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/journal/14698137

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