近日，中科院植物所合作在The Plant Journal期刊上发表题为“ZmClpP6 modulates chloroplast development and photoprotection in maize”的研究成果。中科院植物所已毕业博士研究生杨秀和广东省农科院李启贵副教授为论文共同第一作者，植物所晁青副研究员和山东农业大学丁海萍副教授为论文通讯作者。

研究人员通过化学诱变获得了一个叶片呈现规律性黄绿相间条纹的玉米突变体，并发现这些条纹的形成与光暗周期紧密相关。进一步观察发现，绿色条带倾向于在夜间形成，而黄色条带则在白天显现。这种随着昼夜节律“跳动”的叶片图案，强烈暗示其背后存在着一个受光精密调控的生物学过程。为了找到绘制这幅“斑马纹”的基因画笔，研究团队通过遗传定位，最终将目标锁定在玉米第5号染色体上的ZmClpP6基因。该基因编码的蛋白，是叶绿体Clp蛋白酶复合体的一个核心催化亚基，可以说是“质检中心”的一个关键“功能零件”。测序发现，突变体中该基因的一个特定点位发生了改变，导致其编码的第187位氨基酸被替换。研究人员随后利用CRISPR-Cas9基因编辑技术验证了这一发现。当ZmClpP6基因被敲除后，玉米同样出现了叶片黄化等类似表型，证实了这个“零件”对叶绿体功能的不可或缺性。

单个氨基酸的改变，为何能引发如此剧烈的连锁反应？研究发现，这个关键突变（第187位）严重破坏了ZmClpP6蛋白与另一个核心亚基ZmClpP4之间的连接。这好比一个精密齿轮的齿牙被磨平，导致整个复合体的组装不稳定，质检功能随之失灵。当“质检回收中心”停摆，本该被及时清除的“代谢废料”就会异常堆积。蛋白质组学分析证实，突变体中一种名为ZmELIP2的光保护蛋白发生了数十倍的积累。这种蛋白通常在强光等逆境下短暂表达，像“防晒剂”一样帮助植物抵御光损伤，任务完成后需被及时降解。进一步的实验证明，ZmELIP2能够直接与ZmClpP6蛋白结合，很可能是Clp蛋白酶的直接清理对象。

不同光照条件下突变体里活性氧的积累