华中农大玉米团队发现玉米调控抗旱的新机制

来源：JIPB

玉米是我国第一大作物，在国民经济中占有重要的地位。但是，玉米生产过程中会遭受多种非生物胁迫，其中干旱胁迫是影响玉米稳产、高产的重要因素。在陆生植物的进化过程中，半透性外皮层的形成是一个关键步骤，一方面作为屏障有效的防止过度的水分流失，另一方面又可以通过气孔的运动控制气体交换和蒸腾。当表皮的蜡质或者角质的积累量或者结构改变会造成其生物学功能的缺陷或丧失，抵抗环境胁迫能力下降，不利于植物的生存。在玉米中，鉴定到了30多个表皮蜡质缺陷的glossy突变体，只有9个基因被成功克隆，它们大多通过影响表皮蜡质合成或者转运途径来影响表皮蜡质的积累，进而影响到植物的抗旱性。通过影响表皮蜡质的分布和结构来影响叶表皮通性和干旱胁迫抗性的基因还未见报道。

JIPB近日在线发表了华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室邱法展教授课题组题为“ZmSRL5 is involved in drought tolerance by maintaining cuticular wax structure in maize”的研究论文。该研究克隆了玉米中一个CASP LIKE蛋白ZmSRL5，其通过控制表皮蜡质的结构而改变玉米叶表皮的通透性和植株的抗旱性。

邱法展课题组研究发现ZmSRL5基因编码一个具有四个跨膜结构域的CASP LIKE蛋白，ZmSRL5功能缺失致使叶表皮蜡质分布不均，结构缺陷导致叶表皮通透性增强，失水速率和叶绿素浸出速率升高，植株抗旱性严重下降。进一步采用CRISPR/Cas9技术创建该基因的等位突变体KO1和KO2，这两个突变体具有srl5突变体相似的表型，表明ZmSRL5是调控表皮蜡质结构形成的功能基因。此外，转录组测序数据结果显示大多数蜡质合成以及转运相关基因的表达量在野生型和突变体材料中无显著差异，同时蜡质的总量在两个材料中也不存在显著差异。据此推测，ZmSRL5对蜡质的合成和转运没有影响，主要是通过参与表皮蜡质结构的形成，来影响表皮通透性和植株的抗旱性。

邱法展课题组近年来在玉米非生物胁迫抗性研究中取得了一系列进展，鉴定到了一些影响渍水胁迫的QTL位点（Yu et al. 2018)和关键基因（Yu et al. 2015 , 2019），并揭示了乙烯响应因子ZmEREB180增强玉米渍害耐受性的分子机制(Yu et al. 2019)。本篇论文揭示了表皮蜡质的分布及结构对玉米干旱胁迫抗性的重要意义。博士生潘振远为论文的第一作者，邱法展教授为通讯作者。甘肃省农科院何海军研究员和周文期副研究员也参与了该项研究工作。该研究得到了国家重点研发计划及国家自然科学基金的资助。