玉米G蛋白可同时调控发育及免疫机制

玉米中G蛋白的丢失影响玉米花序分生组织的发育。吴清玉提供的图纸

玉米综合产量的提高依赖于株型的优化和抗病性的提高，两者往往是对立的。因此，确定控制发育信号和免疫信号的关键调节机制以最大限度地提高生产力是非常重要的。12月18日，《美国国家科学院学报》(PNAS)发表了中国农业科学院农业资源与农业区划研究所(以下简称资源区划研究所)的最新成果，分析了玉米信号转换分子G蛋白对发育和免疫信号的双重调控机制，为平衡发育和免疫反应，提高玉米综合产量提供了重要的理论依据。

玉米不仅是中国和世界的重要作物，也是遗传学和发育生物学研究的模式植物。该论文第一作者、资源规划研究所土壤-植物相互作用小组研究员吴清玉介绍说，以前的研究结果表明，G蛋白作为一种重要的信号开关分子，在植物分生组织的发育中起着重要的调控作用，分生组织的程序化发育决定了玉米果穗的形状，但其分子调控机制仍需进一步分析。尤其是g。由于单子叶植物基因敲除的致死表型，亚基不能被深入分析，成为一个研究难点。

吴清玉与山东大学的徐芳教授和美国冷泉港实验室的大卫·杰克逊教授合作鉴定了G？突变死亡不是由特定的发育停滞引起的，而是由免疫反应过度引起的。吴清玉解释说，植物像人类一样依靠免疫系统来抵御疾病的侵袭。研究植物免疫系统的过度反应有助于理解植物的免疫过程，从而有助于提高抗病能力。

通过遗传多样性筛选，研究人员确定了自身免疫反应弱、发育表型强的玉米Gβ等位基因，使玉米Gβ？该突变体在特定的遗传背景下“复活”，并首次显示出其发育表型，突破了以往研究的瓶颈。通过相关分析，研究人员发现该基因与玉米穗行数这一重要农艺性状显著相关。

“抗病需要免疫信号，而增产需要发育信号。玉米g？亚基同时调节分生组织的发育和免疫信号的传递。对这种基因的操作可以优化产量和抗病性之间的平衡，从而提高作物产量。”吴清玉说。

这项研究得到了国家重大科技项目的支持，如转基因生物新品种培育、国家自然科学基金和中国农业科学院科技创新项目。

相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.1917577116