中国农业大学发表《Nature》,审稿2年!

2024年5月9日投稿《Nature》，2026年4月20日接收，2026年5月20日正式Online！中国农业大学秦峰团队在《Nature》发表研究论文，揭示玉米抗旱稳产新机制。

2026年5月20日，中国农业大学生物学院、植物抗逆高效全国重点实验室秦峰教授团队在《自然》（Nature）上发表题为《SAUR蛋白通过促进花丝伸长生长增强玉米的抗旱性》（A SAUR gene enhances maize drought resilience by promoting silk elongation）的研究论文。该研究通过数量性状位点（QTL）克隆方法，最终发现调控玉米雄穗散粉与雌穗开花（吐丝期）的间隔（Anthesis-silking interval, ASI）性状基因编码Small Auxin Upregulated RNA72（SAUR72）蛋白。SAUR72基因在花丝中特异高表达，并受到干旱胁迫的抑制。花丝细胞中SAUR72蛋白通过抑制PP2C-D1蛋白磷酸酶进而激活质膜H+-ATPase，促进花丝细胞的快速伸长，从而促进雌穗吐丝，缩短干旱胁迫下玉米的ASI，显著提升干旱下玉米的产量稳定性。这一发现为培育抗旱稳产玉米新品种提供了重要的理论和技术支撑。

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。玉米对干旱胁迫非常敏感，尤其是开花期如果受到干旱胁迫，会导致严重的产量损失。因此，玉米开花期抗旱性的研究和改良，一直是玉米生物学和遗传育种的关键科学问题。

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。由于雌雄花序空间上的分离，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，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。

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秦峰教授为该论文的通讯作者，博士后朱朝晖、教授杨志蕊为论文的共同第一作者。中国农业大学刘升学副教授、杨世平博士（现中国科学院遗传与发育研究所助理研究员），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刘玉军、程金魁博士、赵博琛、谢盈盈等博士研究生共同参与了相关工作。新疆维吾尔自治区农业科学院作物研究所的刘成研究员、唐怀军副研究员、谢小清助理研究员和张磊副研究员，以及甘肃省农业科学院作物研究所副所长王兴荣研究员、张彦军副研究员为本研究中涉及的玉米田间干旱表型实验提供了重要帮助。中国农业大学的杨小红教授、蒋才富教授、杨永青教授，华中农业大学的代明球教授，以及清华大学的戚益军教授，对本研究工作提供了重要帮助。中国农业大学作物功能基因组学与分子育种研究中心为该研究提供了遗传转化服务和重要材料支持。植物抗逆高效全国重点实验室公共仪器与技术平台的刘毅敏老师和王书伟老师在共聚焦显微成像与扫描电镜观察实验中提供了重要支持。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。