ZmLBD42 coordinates cell proliferation and organogenesis to enhance somatic embryogenesis and regeneration in maize

生物 老茧 胚胎发生 小苗 器官发生 细胞生物学 再生(生物学) 拟南芥 体细胞 转化(遗传学) 植物 异源的 生长素 农杆菌 标记基因 转录因子 侧根 重编程 细胞分化 胚胎 细胞生长
作者
Yang Wang,Weigang Yao,Yiming Yuan,Yongbin Dong,Ju Wu,Huan Hu,Fei Li,Lingwei Hu,Zhiwei Zhang,Shun Li,Ran Li,Xiaojing Xue,Guifang Zhang,Yangliu Ren,Wenyu Li,Yuling Li
出处
期刊:Plant Journal [Wiley]
卷期号:126 (1): e70861-e70861
标识
DOI:10.1111/tpj.70861
摘要

The genotype-dependent recalcitrance of maize somatic embryogenesis necessitates key regulatory gene identification. However, the efficiency and genotype-dependence of somatic embryogenesis, especially in major cereal crops like maize, remain a challenge. Here, through integrated bioinformatics screening, spatiotemporal expression profiling, and comprehensive genetic functional validation in both heterologous Arabidopsis and homologous maize systems, we identify that LATERAL ORGAN BOUNDARIES DOMAIN (LBD) transcription factor ZmLBD42 acts as a positive regulator of embryogenic callus morphogenesis, organogenic differentiation, and plantlet regeneration competence. Heterologous overexpression of ZmLBD42 in Arabidopsis enhanced callus biomass and projected area from root and leaf explants. Loss-of-function maize mutants (Mu transposon insertion zmlbd42-mu and CRISPR-Cas9-generated zmlbd42-crispr) showed severe proliferative defects, including reduced callus biomass accumulation and impaired cellular architecture characterized by enlarged cells and reduced cell density. zmlbd42 mutants displayed compromised organogenic competence, with lower greening callus formation and reduced regeneration efficiency. Moreover, ZmLBD42 overexpression in maize enhances callus induction rates, accelerates differentiation initiation, and elevates plantlet regeneration efficiency by 102.31% in maize. These results establish ZmLBD42 as an integrator that potentiates somatic reprogramming through coordinated modulation of cell proliferation, light-responsive organogenesis, and plantlet regeneration, providing a strategic target for improving genetic transformation and regeneration efficiency in maize.
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