摘要：近日，山东农业大学生命科学学院张志明教授团队在国际著名期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为“Maize leaf yellowing gene ZmCAAX modulates growth and drought re

近日，山东农业大学生命科学学院张志明教授团队在国际著名期刊《Plant Biotechnology Journal》在线发表了题为“Maize leaf yellowing gene ZmCAAX modulates growth and drought resistance by regulating abscisic acid contents through interaction with the ABA biosynthetic enzyme ZmNCED3”的研究论文。

在玉米中，叶片在光合作用与蒸腾作用中发挥着核心功能，其颜色变化受环境和激素等多重因素的影响。尽管已有研究提示干旱胁迫可能与叶片黄化存在关联，但二者之间的分子机制尚不清晰。在胁迫条件下，植物激素，尤其是脱落酸（ABA），在诱导叶绿素降解、加速叶片黄化过程中发挥关键调控作用。叶绿素与类胡萝卜素含量的动态平衡在调节叶片颜色中具有决定性意义，但其可能存在的共调控或交叉调控机制目前仍缺乏系统研究。近日，山东农业大学张志明教授课题组及其合作团队通过遗传与分子生物学研究，明确了ZmCAAX基因在叶片黄化与干旱胁迫响应之间的桥梁作用。研究表明，通过基因编辑敲除ZmCAAX或利用其自然变异等位基因，可显著提升玉米的抗旱能力并增加类胡萝卜素积累，为抗旱育种提供新的分子靶标。

研究团队首先通过精细定位和RNA-seq技术确定了ZmCAAX是叶黄突变体yp1的候选基因。 转录组结果显示ZmCAAX突变影响了类胡萝卜素的降解和ABA的生物合成。进一步研究发现ZmCAAX与ABA合成酶ZmNCED3相互作用调并影响其蛋白稳定性，本研究在玉米中首次鉴定到了ZmNCED3的上游调控因子，并解析了ZmCAAX参与调控ZmNCED3降解的分子机制。对叶绿体蛋白降解与环境胁迫之间的关系提供了理论基础。通过基因编辑ZmCAAX基因或选择ZmCAAX的自然变异等位基因，可以显著提高植物的抗旱能力和总类胡萝卜素含量。为玉米在干旱胁迫下实现资源优化分配提供了新思路。通过靶向调控ZmCAAX的表达，有望在籽粒营养品质提升与抗旱育种之间实现精准平衡，助力培育兼具高产、耐旱与营养品质优良的玉米新品种。

山东农业大学生命科学学院丁海萍副教授、张志明教授，中国农科院烟草所杨爱国研究员为论文共同通讯作者。山东农业大学生命科学学院博士生李晓虎、杜纪元，四川农业大学已毕业硕士研究生张斌，以及中国农科院烟草所陈帅为论文共同第一作者。山东大学徐芳教授和广东省农业科学研究院作物所李高科研究员也参与了相关工作；研究工作得到了农业部生物育种重大专项、国家自然科学基金等项目的资助。

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来源：晴晴说科学