The domestication-associated WHP10 tandem cluster of amino acid transporter genes enhances whole-plant protein accumulation in maize

生物 基因 运输机 星团(航天器) 串联 细胞生物学 扎梅斯 生物化学 串联重复 转运蛋白 基因簇 遗传学 基因表达调控 基因表达 膜转运蛋白 计算生物学 蛋白质-蛋白质相互作用 膜蛋白
作者
Wenhao Li,YJ Li,Xiang Lin,Ruilin Chen,Wenjing Li,Chong You,Di Chen,Lulu Gao,Xiaoling Li,Shiqi Luo,YJ Li,Yuhua Long,Zhaoxu Hu,Yidong Zhu,Xin Li,Zhigui Bao,Yincong Gu,Shouchuang Wang,Linhan Sun,Wenqin Wang
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier BV]
标识
DOI:10.1016/j.molp.2026.07.014
摘要

Improving protein accumulation in maize is essential for sustainable agriculture, yet the regulatory mechanisms governing the intermediate "flow" of organic nitrogen remain elusive. Here, we show that the maize stem acts as a regulatory node for nitrogen allocation. By integrating spatial transcriptomics and metabolomics with quantitative genetics, we demonstrate that a transport-oriented stem program orchestrates the high-protein phenotype of the wild maize accession Ames21814. We identified a major locus, Whole-plant High Protein 10 (WHP10), that encodes a tandemly duplicated cluster of amino acid transporter genes. WHP10 exhibits strong vascular-biased expression, driven by promoter divergence that enhances the wild allele's activity. Functional assays and genetic validation support a model in which the WHP10 cluster facilitates the transport of multiple nitrogen-rich amino acids, thereby contributing to vascular-associated amino acid transport and post-uptake organic-nitrogen partitioning. Our findings establish stem flow as a regulatory layer for protein accumulation and identify WHP10 as a high-value target for precision breeding to enhance whole-plant protein accumulation without compromising grain yield.
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