近日，山東農業大學生命科學學院張志明教授團隊在國際著名期刊《Plant Biotechnology Journal》在線發表了題為“Maize leaf yellowing gene ZmCAAX modulates growth and drought resistance by regulating abscisic acid contents through interaction with the ABA biosynthetic enzyme ZmNCED3”的研究論文。

在玉米中，葉片在光合作用與蒸騰作用中發揮著核心功能，其顏色變化受環境和激素等多重因素的影響。盡管已有研究提示干旱脅迫可能與葉片黃化存在關聯，但二者之間的分子機制尚不清晰。在脅迫條件下，植物激素，尤其是脫落酸（ABA），在誘導葉綠素降解、加速葉片黃化過程中發揮關鍵調控作用。葉綠素與類胡蘿卜素含量的動態平衡在調節葉片顏色中具有決定性意義，但其可能存在的共調控或交叉調控機制目前仍缺乏系統研究。近日，山東農業大學張志明教授課題組及其合作團隊通過遺傳與分子生物學研究，明確了ZmCAAX基因在葉片黃化與干旱脅迫響應之間的橋梁作用。研究表明，通過基因編輯敲除ZmCAAX或利用其自然變異等位基因，可顯著提升玉米的抗旱能力并增加類胡蘿卜素積累，為抗旱育種提供新的分子靶標。

研究團隊首先通過精細定位和RNA-seq技術確定了ZmCAAX是葉黃突變體yp1的候選基因。 轉錄組結果顯示ZmCAAX突變影響了類胡蘿卜素的降解和ABA的生物合成。進一步研究發現ZmCAAX與ABA合成酶ZmNCED3相互作用調并影響其蛋白穩定性，本研究在玉米中首次鑒定到了ZmNCED3的上游調控因子，并解析了ZmCAAX參與調控ZmNCED3降解的分子機制。對葉綠體蛋白降解與環境脅迫之間的關系提供了理論基礎。通過基因編輯ZmCAAX基因或選擇ZmCAAX的自然變異等位基因，可以顯著提高植物的抗旱能力和總類胡蘿卜素含量。為玉米在干旱脅迫下實現資源優化分配提供了新思路。通過靶向調控ZmCAAX的表達，有望在籽粒營養品質提升與抗旱育種之間實現精準平衡，助力培育兼具高產、耐旱與營養品質優良的玉米新品種。

山東農業大學生命科學學院丁海萍副教授、張志明教授，中國農科院煙草所楊愛國研究員為論文共同通訊作者。山東農業大學生命科學學院博士生李曉虎、杜紀元，四川農業大學已畢業碩士研究生張斌，以及中國農科院煙草所陳帥為論文共同第一作者。山東大學徐芳教授和廣東省農業科學研究院作物所李高科研究員也參與了相關工作；研究工作得到了農業部生物育種重大專項、國家自然科學基金等項目的資助。

論文鏈接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40458027/