作者：任德荣、吴锁伟
我国玉米生产面临旱涝灾害的日益严峻挑战，其中旱灾可导致玉米产量大幅下降30%以上。为此，解析玉米抗旱的关键基因和分子机制,对培育高产抗旱玉米新品种具有重要意义。
近日，北京农学院王伟翔团队在植物学主流期刊《Journal of Experimental Botany 》发表了一篇题为“ ZmCCT regulates drought tolerance in maize by interacting with ZmFra a 1, E3 ligase ZmWIPF2 and auxin response factor ZmAux/IAA8 ”的研究论文，该研究发现ZmCCT与膜蛋白ZmFra a 1、泛素连接酶ZmWIPF2和IAA家族转录因子ZmAux/IAA8三个蛋白互作，提高IAA合成和调控下游靶标基因表达，进而调控玉米的抗旱性，为玉米抗旱分子设计育种提供新的思路和理论依据。
研究人员首先比较了ZmCCT 基因完整表达(Y331-ΔTE)和基因组上存在转座子插入导致的不完整表达(Y331)的两个玉米近等基因系及其杂交组合(83B28H1和83B28H5)的抗旱表型。在长期模拟旱情处理下，含有完整 ZmCCT 基因的两个组合均显示出显著增强的抗旱性，具体表现为更高的存活率、叶片相对含水量，以及在干旱条件下维持更高的光合作用相关参数(图1)。此外，过表达ZmCCT 基因的转基因玉米和拟南芥也明显增强了对干旱处理的抵御能力(图. 2)。上述结果证明ZmCCT是玉米抗旱性的一个正向调控因子。
图1. 比较不同玉米近等位基因系的抗旱表型
图2. 过表达ZmCCT的玉米和拟南芥抗旱表型
为深入揭示ZmCCT调控玉米抗旱性的分子机制，研究人员首先通过酵母双杂交，证明ZmCCT能与膜蛋白ZmFra a 1、泛素连接酶ZmWIPF2和IAA家族转录因子ZmAux/IAA8三个蛋白直接结合(图3)。细胞共定位实验结果显示，ZmCCT能促进原本胞质定位的ZmWIPF2进入细胞核(图4)，暗示ZmCCT可能通过ZmWIPF2介导下游基因的表达。此外，过表达 ZmCCT 能显著上调拟南芥内源IAA的合成(图5)，表明ZmCCT是IAA合成的正向调控因子。
图3. 荧光素酶互补验证ZmCCT与目标蛋白的结合
图4. 共定位结果显示ZmCCT促进ZmWIPF2进入核
图5. 过表达ZmCCT的拟南芥染色结果
为确定ZmCCT的下游靶标基因，研究人员进行了转录组分析，结果发现ZmCCT可激活多种干旱响应相关基因的表达，如ZmRD17、ZmAFP3和ZmPP2C等(图6)。DAP-seq技术进一步明确了辅助转录因子ZmAux/IAA8结合的部分靶基因在缺失ZmCCT基因表达的植株中表达变化不明显，表明这些基因受ZmCCT-ZmAux/IAA8途径调控。
图6. 玉米干旱响应相关基因的表达分析
综上，该研究系统阐明了ZmCCT基因通过提高IAA合成和调控ZmAux/IAA8下游靶标基因表达，增强玉米幼苗的抗旱能力（图7)。该研究为利用 ZmCCT培育抗旱高产玉米新品种奠定了理论基础，对玉米抗旱性分子设计育种具有参考意义。
图7. ZmCCT介导玉米抗旱性的工作模型
原文链接：
https://doi.org/10.1093/jxb/erad372
