干旱脅迫導致玉米ASI增大機制獲揭示

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干旱是影響玉米產量的主要自然災害。玉米作為雌雄同株異花的植物，雄性和雌性花序的協同發育對籽粒形成起著決定性作用，進而決定植株產量。當玉米雌雄穗分化時遭遇干旱脅迫，其散粉（雄穗成熟）和吐絲（雌穗成熟）時期會產生明顯的時間間隔（ASI），從而造成雌花授粉失敗，導致嚴重的產量損失。但到現在為止，人們對于干旱脅迫導致ASI增大的機制幾乎一無所知。

近日，中國農業大學教授秦峰團隊在《植物細胞》在線發表論文，揭示了干旱脅迫導致玉米ASI增大的新機制。

干旱脅迫下，對玉米雌雄穗發育的精細比較發現，相較與雄穗，干旱脅迫對雌穗發育影響更為明顯。主要表現為，干旱脅迫嚴重推遲了雌穗發育、減緩花絲生長速度，因而導致ASI增大。

與以往研究不同，該研究對正常生長及干旱脅迫下發育至相同生長時期的雌穗的轉錄組分析發現，雖然干旱脅迫推遲了雌穗的生長發育進程，但對雌穗花器官分化和建成相關基因影響較小。然而，在花絲伸長期，干旱嚴重抑制了生長素相關基因（如SAUR）、光合作用相關基因、細胞壁前體合成酶相關基因和大量細胞伸長生長相關基因（如Expansin、Aquaporin、XET等）的表達。且這些基因的下調表達可能最終導致了花絲伸長速率。

在228份玉米自然變異群體中，對上述細胞伸長生長相關基因的候選基因關聯分析顯示，一個擴張蛋白基因ZmEXPA4脅迫下的下調量與ASI之間存在顯著負關聯。利用在花絲伸長期且干旱誘導型啟動驅動ZmEXPA4的表達，可在不影響株高等性狀的前提下顯著降低干旱脅迫誘導產生的ASI。

該研究對干旱脅迫導致玉米ASI增大的分子機制提供了新見解，并對改良ASI性狀提出了新策略。