玉米G蛋白缺失影響玉米花序分生組織發育。吳慶鈺供圖
玉米的綜合產量提高依賴于株型的優化與抗病性的提高，而二者往往相互拮抗。因此，確定既控制發育信號又控制免疫信號的關鍵調節機制對于最大化生產率至關重要。12月18日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）發表中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所（以下簡稱資源區劃所）最新成果，解析了玉米信號開關分子G蛋白對發育及免疫信號的雙重調控機制，為平衡發育及免疫應答、提高玉米綜合產量提供了重要的理論依據。
玉米不僅是我國和全球范圍內的重要作物，也是遺傳學和發育生物學研究的模式植物。論文第一作者、資源區劃所土壤植物互作團隊研究員吳慶鈺介紹，前期研究成果表明，G蛋白作為重要的信號開關分子，對植物的分生組織發育起著重要的調控作用，而分生組織的程序化發育決定著玉米果穗形態，但其分子調控機制仍有待進一步解析。尤其是G?亞基，由于在單子葉植物中敲除該基因出現致死表型，導致無法對其功能進行深入解析，成為研究難點。
吳慶鈺與山東大學教授徐芳、美國冷泉港實驗室教授David Jackson等合作，首先明確了G?突變體致死不是由特定的發育停滯引起的，而是由免疫過激所導致。吳慶鈺解釋道，植物和人一樣依靠免疫系統抵抗疾病侵襲，研究植物免疫系統的過激反應有助于理解植物的免疫過程，從而幫助提高抗病性。
通過遺傳多樣性篩選，研究人員鑒定了具有弱自身免疫反應、強發育表型的玉米Gβ等位基因，使玉米G?突變體在特定遺傳背景下“起死回生”，并首次展現其發育表型，突破了前期的研究瓶頸。通過關聯分析，研究者發現，該基因與玉米穗行數這一重要農藝性狀顯著關聯。
“抗病需要免疫信號，而產量提高需要發育信號。玉米G?亞基同時調節分生組織的發育和免疫信號傳導，對該基因的操縱有可能優化產量與抗病性之間的權衡，以提高農作物的產量。”吳慶鈺說。
該項研究得到國家科技重大專項——轉基因生物新品種培育、國家自然科學基金、中國農業科學院科技創新工程等項目的資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.1917577116
