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全球气候平均状态随时间的变化加剧，干旱灾害频发，正威胁世界粮食安全。玉米既是全球重要的粮食、饲料作物，也是关键经济作物。但玉米天生“怕旱”，开花期是它最脆弱的阶段，一旦遭遇干旱，产量会断崖式下跌。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。
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Nature上发表题为“A SAUR gene enhances maize drought resilience by promoting silk elongation”的研究论文。该研究通过QTL克隆的方法最终发现调控玉米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，明显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。
研究利用两份在干旱条件下ASI性状存在非常明显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。研究之后发现，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在花丝中能够保持比较高的表达量。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活性提升可以在一定程度上促进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，一样能有效减小玉米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，能够最终靠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。
据了解，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、杨志蕊教授为论文的共同第一作者。该研究得到国家重点研发计划、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。（记者武玥彤）
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