New Phytol | 安徽农业大学副校长团队青年教师第一作者在植物学一区Top期刊发表研究成果,发现玉米应对高温的全新分子“快车道”

近日，安徽农业大学江海洋教授团队在国际知名期刊《New Phytologist》上发表了一项突破性研究成果。该论文题为“ZmMKK1 phosphorylates ZmCAT2 to regulate H₂O₂ homeostasis and improve heat stress tolerance in maize”，首次揭示了玉米通过一种全新的分子机制来应对高温胁迫：即丝裂原活化蛋白激酶激酶ZmMKK1能够直接磷酸化并激活过氧化氢酶ZmCAT2，进而高效清除活性氧，显著提升玉米的耐热能力。这一发现不仅阐明了关键的信号传导路径，也为未来培育耐热玉米新品种提供了宝贵的基因资源和理论基石。

面对全球气候变暖带来的严峻挑战，高温热害已成为制约玉米产量、威胁粮食安全及农业可持续发展的主要非生物胁迫因素。虽然学界已知植物体内的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联信号通路在应对环境胁迫中扮演核心角色，但关于MAPKK家族成员具体如何调控植物耐热性及其背后的分子机理，长期以来尚不明晰。此项研究正是在这一背景下，首次在玉米中鉴定出了关键的正向耐热调控因子ZmMKK1。实验数据显示，缺失ZmMKK1功能的突变体对热胁迫表现出极高的敏感性，而过度表达该基因则能显著增强植株的耐热表现。

深入探究其作用机制发现，当玉米遭遇热胁迫时，ZmMKK1会被迅速激活，并直接与过氧化氢酶ZmCAT2发生互作。随后，ZmMKK1特异性地磷酸化ZmCAT2第352位和421位的苏氨酸残基。这种磷酸化修饰如同打开了酶的“加速开关”，直接增强了ZmCAT2的催化活性，从而加速清除因热胁迫而在细胞内大量积累的过氧化氢（H₂O₂），有效维持了细胞内的活性氧稳态，最终赋予玉米更强的耐热性。

尤为引人注目的是，该研究揭示了一种非经典的信号传递模式：ZmMKK1并未遵循传统的MAPK级联反应路径，而是选择“抄近道”，直接磷酸化下游的非激酶靶蛋白ZmCAT2。这一发现极大地拓宽了科学界对植物逆境信号网络复杂性的认知。进一步的验证实验表明，即便在ZmMKK1缺失的背景下，引入模拟持续磷酸化状态的ZmCAT2突变体（ZmCAT2T352,421D），不仅能完全恢复植株的耐热性，甚至能使其进一步增强。这系统性地阐明了ZmMKK1-ZmCAT2模块在玉米热胁迫响应中的核心地位，为作物耐热遗传改良指明了新靶点与新思路，对于培育适应未来气候变化的玉米新品种具有深远的战略意义。

该论文由安徽农业大学农学院青年教师陈敏和郑撼副教授担任共同第一作者，江海洋教授为通讯作者，生命科学学院硕士毕业生叶俊美也参与了相关工作。此外，南京农业大学蒋明义教授在论文的撰写与修改过程中提供了重要的指导与支持。