茎尖分生组织（SAM）是植物地上部分器官形成的起始点，它能够转变成侧生分生组织和花分生组织，这表明了植物种子的发育与SAM的发展有着紧密的联系。
12月4日，四川农业大学沈亚欧教授团队在Plant Biotechnology Journal在线发表题为“Single-cell RNA sequencing reveals a key regulator ZmEREB14 affecting shoot apex development and yield formation in maize”的研究论文。该研究通过单细胞RNA测序技术揭示了玉米茎尖分生组织发育和产量形成中的一个关键调控因子——ZmEREB14。
在这项研究中，研究人员利用单细胞转录组测序技术对玉米茎尖细胞进行了分类，确定了包括表皮细胞、维管细胞、叶肉细胞、分生组织细胞、分生组织命运决定细胞、转运扩增细胞、保卫细胞以及增殖细胞在内的多种细胞类型。其中，转运扩增细胞和保卫细胞是首次在玉米茎尖中被鉴定出来的新型细胞类型。研究发现，分生组织细胞具有独特的基因表达模式，与其它细胞类型相比，一些已知调控SAM的基因如ZmKN1、ZmTD1、ZmFEA2等在这些细胞中表现出更高的表达水平，而其他基因如ZmWUS1、ZmWUS2、ZmCUC1-3则相对较低。伪时间序列分析显示，分生组织细胞的基因主要在茎尖发育的早期和中期活跃，从分生组织细胞开始，干细胞发育逐步向其他类型的细胞分化，分生组织命运决定细胞源自分生组织细胞。在分生组织细胞中，有五个转录因子，包括ZmEREB14，被识别为调控细胞状态转换的关键开关基因。进一步的研究构建了分生组织细胞和分生组织命运决定细胞的基因表达调控网络，结果显示ZmEREB14和ZmMYB4分别是这两种细胞的核心调控因子。
ZmEREB14不仅在茎尖的分生组织细胞、维管细胞和叶原基中有高表达，还在幼穗的不同区域如中间区、侧生分生组织、雄穗主轴等部位明显表达。当ZmEREB14的功能丧失时，会导致玉米茎尖及腋生分生组织的发育受到抑制，进而影响植株的高度、穗位高度、节间长度、雄穗主轴长度和地上生物量等多个方面。此外，诸如穗长、穗重、百粒重、穗粒重等与产量相关的性状也会显著减少。ZmEREB14参与调控的分子网络涉及生长素的合成、运输和信号传导等多个环节。这项研究不仅加深了我们对于植物茎尖发育和器官形成的理解，还为提高玉米产量的遗传改良提供了新的方向。
实验室马浪浪副教授和毕业硕士张娜为该论文共同第一作者，沈亚欧教授为通讯作者。四川农业大学毕业博士（现为绵阳师范学院青年教师）刘鹏参与了数据分析。本研究得到十四五国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的支持。
