摘要：干旱是制约全球农业生产的重大自然灾害，可对作物生长和产量形成构成严重威胁。玉米作为我国主要粮食作物，其主产区频受干旱困扰，因此挖掘关键抗旱基因、阐明其作用机制，对推动玉米遗传改良与稳产增产具有重要意义。

干旱是制约全球农业生产的重大自然灾害，可对作物生长和产量形成构成严重威胁。玉米作为我国主要粮食作物，其主产区频受干旱困扰，因此挖掘关键抗旱基因、阐明其作用机制，对推动玉米遗传改良与稳产增产具有重要意义。

近日，JIPB在线发表了中国农业大学生物学院及植物抗逆高效全国重点实验室巩志忠教授团队题为"ZmCRK5A kinase enhances drought tolerance in maize via phosphorylation-dependent inhibition of ZmSMH4"的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70054)。文章揭示了一条由ZmCRK5A、ZmSMH4和ZmKCH1组成的新型抗旱调控通路。该研究系统阐释了类钙离子非依赖性激酶ZmCRK5A如何通过磷酸化修饰，精细调控转录抑制因子ZmSMH4活性与钾离子通道基因ZmKCH1的表达，从而增强玉米抗旱能力的分子机制。

通过大规模转基因筛选，研究鉴定出ZmCRK5A为正向调控玉米抗旱性的关键激酶。ZmCRK5A的过表达可显著提高植物的抗旱能力，降低水分蒸腾速率，并增强ABA诱导下的气孔关闭能力；而其CRISPR-Cas9双基因敲除突变体则表现出对干旱敏感的表型(图1)。

图1 ZmCRK5A正调控玉米干旱胁迫响应

进一步的研究表明，ZmCRK5A与MYB类转录抑制因子ZmSMH4直接相互作用，并在ZmSMH4的SANT结构域中保守的Ser42、Ser43和Ser59位点进行磷酸化修饰；这种磷酸化显著削弱了ZmSMH4与下游钾离子通道基因ZmKCH1启动子中ACC元件的结合能力，从而解除对ZmKCH1的转录抑制 (图2)。

图2 ZmCRK5A正调控玉米干旱胁迫响应的工作模型

功能验证性实验结果显示，ZmKCH1过表达株系表现出优异的抗旱能力，其气孔动态调控和水分保持能力增强，而zmkch1突变体则对干旱表现出更强的敏感性。尤其值得注意的是，在田间自然干旱条件下，ZmCRK5A和ZmKCH1的过表达植株在产量未下降的情况下，显著提升了抗旱能力。

本研究报道了ZmCRK5A-ZmSMH4-ZmKCH1模块在玉米干旱应答中的关键作用，揭示了激酶通过磷酸化精确调控转录因子与钾离子通道的表达，以协调抗旱反应的新路径。本研究不仅丰富了玉米抗旱分子机制的认识，也为玉米抗旱遗传改良提供了具有应用潜力的基因资源和理论依据。

本研究的第一作者为中国农业大学生物学院的马爱芳博士 (现为该院博士后)；巩志忠教授和马爱芳博士为共同通讯作者。中国农业大学的齐俊生教授、杨淑华教授和王瑜副教授也参与了此项研究。该研究得到了国家重点研发计划、北京市自然科学基金、科技创新2030重大项目和中国博士后科学基金等项目的资助。

文章引用：

Ma, A., Zhang, Y., Wang, Y., Ma, H., Chen, H., Qi, Y., Zhang,M., Zhong, Z., Cheng, J., Qi, J., et al. (2025). ZmCRK5A kinaseenhances drought tolerance in maize via phosphorylation‐dependent inhibition of ZmSMH4. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.70054

来源：小何说科学