中国农业大学再发《Nature》正刊

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全球气候变化导致干旱频繁发生，对世界粮食安全造成严重威胁。玉米作为全球重要的饲料、粮食与经济作物，在农业生产中占据重要的战略地位。玉米是一种雌雄同株异花的植物，其雄花序位于顶端，而雌花序位于叶腋部位。雌雄花序空间上的分离，使得玉米的授粉效率严重依赖雌雄花序发育的同步性。

如果开花期受到干旱胁迫，玉米雌花序的发育会受到严重的抑制，而雄花序的发育受到的抑制相对较小，从而造成雌雄花序发育不同步，导致雄穗散粉与雌穗开花（吐丝期）的间隔（Anthesis-silking interval, ASI）增大，直接影响花丝的授粉效率，导致结实率下降，造成严重的产量损失，玉米ASI与产量存在极显著的负相关性。

然而长期以来，干旱导致玉米ASI增大的分子机制仍知之甚少。从上世纪80年代以来，国内外多个课题组对ASI性状开展了数量性状位点（QTL）定位以及全基因组关联分析（GWAS）的研究，但是相关工作大都止步于遗传位点的初步鉴定，其基因克隆和分子机制一直悬而未决。

该研究利用两份在干旱条件下ASI性状存在显著差异的玉米自交系构建了分离群体，通过多年的田间干旱胁迫下ASI的表型鉴定与精细定位，成功克隆到了控制开花期抗旱性的关键基因ZmSAUR72。

研究发现，抗旱材料中ZmSAUR72优异等位基因的启动子区存在609-bp的缺失，使得干旱下ZmSAUR72在花丝中能够保持较高的表达量。进一步，通过一系列的生物化学、分子生物学以及细胞生物学实验（包括酵母双杂交、原生质体免疫共沉淀、双分子荧光互补、酶活检测以及花丝细胞观察等实验验证），证实了ZmSAUR72能够与质膜定位的蛋白磷酸酶ZmPP2C-D1存在互作并抑制其磷酸酶活性，进而解除其对质膜H⁺-ATPase的抑制。

质膜H⁺-ATPase活性提升能够促进H⁺外排和细胞壁酸化松弛，驱动花丝细胞的快速伸长，提高花丝的伸长速率，从而减小ASI，增强玉米在干旱下的产量稳定性。此外，通过基因编辑的方法敲除ZmPP2C-D1基因，同样可以有效减小玉米ASI，提高干旱胁迫下玉米的产量。

对1011份玉米材料SAUR72位点的分析发现，约有20%的玉米种质仍携带有609-bp插入的非优异等位基因，未来在玉米分子设计育种中，可以通过基因组编辑或分子标记辅助的技术引入优异等位基因，从而精准改良玉米的抗旱性，加速培育抗旱稳产的玉米新品种。

中国农业大学生物学院教授秦峰为该论文通讯作者，博士后朱朝晖、杨志蕊教授为论文的共同第一作者。中国农业大学副教授刘升学、杨世平博士（现中国科学院遗传与发育生物学研究所助理研究员），田甜博士、周雪雁博士，华海高科（北京）生物科技有限公司CEO刘博欣博士以及中国农业大学赵博琛、谢盈盈等博士研究生共同参与了相关工作。该研究受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、拼多多—中国农业大学研究基金、北京市科技新星以及中国农业大学2115人才培育计划等项目的资助。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10566-9

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