近日，生命科學(xué)學(xué)院張志明教授團(tuán)隊(duì)在《Plant Biotechnology Journal》在線發(fā)表了題為“Maize leaf yellowing gene ZmCAAX modulates growth and drought resistance by regulating abscisic acid contents through interaction with the ABA biosynthetic enzyme ZmNCED3”的研究論文。

在玉米中，葉片在光合作用與蒸騰作用中發(fā)揮著核心功能，其顏色變化受環(huán)境和激素等多重因素的影響。盡管已有研究提示干旱脅迫可能與葉片黃化存在關(guān)聯(lián)，但二者之間的分子機(jī)制尚不清晰。在脅迫條件下，植物激素，尤其是脫落酸（ABA），在誘導(dǎo)葉綠素降解、加速葉片黃化過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。葉綠素與類胡蘿卜素含量的動(dòng)態(tài)平衡在調(diào)節(jié)葉片顏色中具有決定性意義，但其可能存在的共調(diào)控或交叉調(diào)控機(jī)制目前仍缺乏系統(tǒng)研究。近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張志明教授課題組及其合作團(tuán)隊(duì)通過遺傳與分子生物學(xué)研究，明確了ZmCAAX基因在葉片黃化與干旱脅迫響應(yīng)之間的橋梁作用。研究表明，通過基因編輯敲除ZmCAAX或利用其自然變異等位基因，可顯著提升玉米的抗旱能力并增加類胡蘿卜素積累，為抗旱育種提供新的分子靶標(biāo)。

研究團(tuán)隊(duì)首先通過精細(xì)定位和RNA-seq技術(shù)確定了ZmCAAX是葉黃突變體yp1的候選基因。轉(zhuǎn)錄組結(jié)果顯示ZmCAAX突變影響了類胡蘿卜素的降解和ABA的生物合成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)ZmCAAX與ABA合成酶ZmNCED3相互作用調(diào)并影響其蛋白穩(wěn)定性，本研究在玉米中首次鑒定到了ZmNCED3的上游調(diào)控因子，并解析了ZmCAAX參與調(diào)控ZmNCED3降解的分子機(jī)制。對(duì)葉綠體蛋白降解與環(huán)境脅迫之間的關(guān)系提供了理論基礎(chǔ)。通過基因編輯ZmCAAX基因或選擇ZmCAAX的自然變異等位基因，可以顯著提高植物的抗旱能力和總類胡蘿卜素含量。為玉米在干旱脅迫下實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化分配提供了新思路。通過靶向調(diào)控ZmCAAX的表達(dá)，有望在籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升與抗旱育種之間實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)平衡，助力培育兼具高產(chǎn)、耐旱與營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良的玉米新品種。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院丁海萍副教授、張志明教授，中國農(nóng)科院煙草所楊愛國研究員為論文共同通訊作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生李曉虎、杜紀(jì)元，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)已畢業(yè)碩士研究生張斌，以及中國農(nóng)科院煙草所陳帥為論文共同第一作者。山東大學(xué)徐芳教授和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院作物所李高科研究員也參與了相關(guān)工作；研究工作得到了農(nóng)業(yè)部生物育種重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40458027/

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波