在全球气候变化日益加剧的背景下，干旱灾害频繁发生，对世界粮食安全构成严重威胁。玉米作为全球范围内重要的粮食、饲料和经济作物，其生产稳定性尤为关键。然而，玉米对干旱较为敏感，尤其是在开花期，一旦遭遇缺水，产量会出现大幅下降。因此，解析玉米开花期的抗旱机制并开展遗传改良，长期以来一直是玉米生物学与育种研究中的核心科学问题。
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国际顶级学术期刊《自然》上发表了一项研究成果，题为“A SAUR gene enhances maize drought resilience by promoting silk elongation”。研究团队通过数量性状位点（QTL）图位克隆方法，成功鉴定出一个调控玉米开花期干旱响应关键性状——雌雄穗开花间隔（ASI）的基因，该基因编码一种名为SAUR72（Small Auxin Upregulated RNA72）的小分子RNA上调蛋白。SAUR72在玉米花丝中特异性高表达，且其表达水平受干旱胁迫抑制。在花丝细胞中，SAUR72蛋白能够抑制蛋白磷酸酶PP2C-D1的活性，进而激活质膜H⁺-ATP酶，促进花丝细胞快速伸长，加速雌穗吐丝，从而缩短干旱条件下玉米的ASI，显著提高干旱环境下玉米产量的稳定性。这一发现为培育抗旱稳产玉米新品种提供了重要的理论与技术支撑。
研究团队利用两份在干旱条件下ASI差异显著的玉米自交系，构建了遗传分离群体。结合多年田间干旱胁迫下的ASI表型鉴定和精细定位，最终克隆到关键基因ZmSAUR72。研究发现，抗旱型材料中ZmSAUR72的优异等位基因在启动子区存在一段609-bp的缺失，该缺失使得干旱条件下花丝中该基因仍能维持较高的表达水平。随后，通过酵母双杂交、原生质体免疫共沉淀、双分子荧光互补、酶活检测及花丝细胞观察等一系列生物化学、分子生物学与细胞生物学实验，证实ZmSAUR72蛋白能够与定位在质膜上的蛋白磷酸酶ZmPP2C-D1相互作用，并抑制其磷酸酶活性，从而解除后者对质膜H⁺-ATP酶的抑制作用。H⁺-ATP酶活性升高可促进氢离子外排和细胞壁酸化松弛，驱动花丝细胞快速伸长，提高花丝伸长速率，进而减小ASI，增强玉米在干旱条件下的产量稳定性。此外，利用基因编辑技术敲除ZmPP2C-D1基因，同样能够有效缩小玉米的ASI，提升干旱胁迫下的产量水平。
研究人员对1011份玉米种质材料的SAUR72位点进行了分析，结果显示约20%的玉米种质仍携带具有609-bp插入的非优异等位基因。未来在玉米分子设计育种中，可通过基因组编辑或分子标记辅助选择技术，引入优异等位基因，从而实现抗旱性的精准改良，加快抗旱稳产玉米新品种的培育进程。
据悉，秦峰教授为论文通讯作者，博士后朱朝晖和杨志蕊教授为共同第一作者。该研究获得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、北京市科技新星计划以及中国农业大学2115人才培育计划等项目的资助。
