Genome Biology?|?中山大學楊芳團隊揭示玉米成花轉變的時空調控機制

植物從營養生長向生殖生長的過渡，即成花轉變，是開花植物生命周期中的關鍵發育節點。這一過程不僅決定植物何時開花，還直接影響葉片數目、株型結構以及最終的產量形成。對于玉米等重要糧食作物而言，成花轉變更是連接環境適應性與產量形成的核心樞紐，其發生時間決定了作物對不同緯度、溫度和光周期條件的適應能力。在這一過程中，一個至關重要的發育事件是莖尖分生組織（SAM）由營養生長狀態向生殖生長狀態的轉變，但這一轉變過程中細胞的重編程和時空調控機制仍缺乏系統性認識。

近日，中山大學楊芳教授團隊在國際學術期刊Genome Biology發表了題為“Dynamic and cell-type specific transcriptional reprogramming underlies the floral transition in the maize shoot apical meristem”的研究論文。該研究整合時序轉錄組、單細胞轉錄組、以及轉錄因子結合圖譜多組學數據，系統構建了玉米成花轉變過程中SAM的時空調控圖譜，揭示了成花過程中細胞重編程的分子基礎。

研究首先繪制了玉米播種后14、16、18、22、26和28天（DAS）SAM轉錄組圖譜，將轉錄動態劃分為7種模式，并發現染色質重塑、環境響應和生殖發育相關的通路在成花轉變過程中依次被激活（圖1）?；谶@些分子特征，研究人員提出玉米SAM發育大致可劃分為三個階段：營養生長期（14天前）、轉換期（16-22天）以及轉換后期（22天后）。進一步結合開放染色質區，鑒定了時期特異性轉錄因子調控模式，并解析了一個調控成花轉變的ZmMADS69-ZmRap2.7-ZMM4分子模塊（圖2）。

圖1 玉米莖尖分生組織成花轉變的轉錄動態

圖 2 動態轉錄因子調控網絡揭示了ZmMADS69-ZmRap2.7-ZMM4調控模塊

為精細解析玉米成花轉變分子機制，研究構建了成花轉變前、中、后莖尖分生組織的單細胞圖譜（17563細胞），鑒定了中央分生組織、側生分生組織和髓區分生組織等細胞類型（圖3）。特異性細胞轉錄動態分析表明，成花轉變由空間分布不同的SAM功能域的分工協同作完成。進一步發育軌跡和共表達網絡分析，發現經典花序發育調控因子UNBRANCHED2,3（UB2,3）在成花轉變過程中同樣具有調控功能，表明其在協調成花轉變與后續花序發育中均發揮重要作用（圖4）。

圖3 莖尖分生組織細胞類型身份鑒定

圖 4 共表達網絡分析鑒定核心成花轉變調控因子

綜上所述，該研究從時間和空間兩個維度系統揭示了玉米成花轉變的分子調控模式，不僅加深了對植物開花調控機制的理解，也為改良玉米開花期、提高環境適應性及產量潛力提供了新的基因資源和理論依據。

中山大學董亮博士、華中農業大學博士后孫永浩為論文共同第一作者，中山大學楊芳教授為通訊作者。美國冷泉港實驗室David Jackson教授、中國農業大學田豐教授、梁亞盟博士對本研究給予了重要指導和支持。本研究得到了國家自然科學基金、 深圳科技計劃項目及美國國家科學基金的資助。

https://link.springer.com/article/10.1186/s13059-026-04033-x