陜西
玉米株高是決定抗倒伏性、產量表現和總生物量的關鍵農藝性狀，在青貯玉米生產中尤為重要。然而，高溫脅迫顯著抑制玉米節間伸長，造成株高降低，隨之產量和生物量大幅減少，嚴重制約了玉米的適應性種植與穩產。解析玉米響應高溫的遺傳機制，對培育耐高溫、高產、穩產玉米品種具有重要意義。
近日，中國科學院植物研究所張翠研究團隊在國際知名期刊Cell Reports上發表了題為A natural nucleotide variation in theMIR172Cpromoter modulates temperature-dependent plant height in maize的論文。通過全基因組關聯分析（GWAS），利用不同溫度下的株高減緩速率這一穩定性狀，在包含275份自交系的玉米自然變異群體中鑒定到一個位于MIR172C基因啟動子區的單核苷酸多態性（SNP）位點，該位點與溫度依賴性株高顯著關聯。
研究發現，該SNP位點存在G到A的自然變異，形成了兩種主要單倍型：含G等位基因的耐熱型和含A等位基因的溫度敏感型。近等基因系顯示，導入優異單倍型G能顯著提高玉米耐熱性和產量。分子證據表明，A等位基因顯著增強了bHLH轉錄因子PIF4與MIR172C啟動子的結合能力，從而強烈抑制MIR172C的轉錄；而G等位基因與PIF4結合力較弱，MIR172C可維持較高表達水平。進一步研究表明，MIR172C在莖尖分生組織（SAM）和莖中優勢表達，通過抑制靶基因IDS1并激活油菜素內酯（BR）信號通路，促進節間細胞伸長。當高溫誘導的PIF4結合在MIR172C-A啟動子時，MIR172C表達下降，造成IDS1蛋白積累，導致節間伸長受阻，植株表現矮化。值得注意的是，高溫下miR172c主要通過翻譯抑制降低IDS1的蛋白量，而不是轉錄后剪切調節IDS1的mRNA水平。該研究建立了"PIF4-miR172c-IDS1-BR"信號軸調控玉米株高響應高溫的分子框架，揭示了microRNA介導的翻譯抑制在植物響應高溫的過程中發揮著重要作用。
miR172c響應溫度調控玉米株高的分子機制
MIR172C自然變異位點在玉米從熱帶向溫帶馴化過程中受到人工選擇。回顧性研究發現，中國近代玉米育種中A等位基因頻率逐漸升高， 在籽粒玉米和青貯玉米中出現選擇分化，A等位基因廣泛存在于籽粒玉米中，G等位基因在青貯玉米中占比更高。有意思的是，在近年選育的耐熱玉米種質中，優異單倍型G得到高度聚合。該發現不僅為玉米耐熱種質的鑒定提供了穩定的分子標簽，也為定向改良玉米耐高溫適應性、培育抗倒伏且高產穩產的玉米新品種提供了重要分子靶點和育種策略。
中國科學院植物研究所飼草種質高效設計與利用全國重點實驗室助理研究員王濤和博士研究生胡濱濱為該論文共同第一作者，張翠研究員為通訊作者。中國農業大學楊小紅教授，植物所景海春研究員，河南農科院糧食作物研究所李會勇研究員、王利鋒副研究員參與了該項研究。該研究得到了國家重點研發計劃和中國科學院戰略性先導科技專項等項目的資助。
張翠, 中國科學院植物研究所飼草種質高效設計與利用全國重點實驗室研究員, 博士生導師，中國科學院海外引進人才。長期從事植物發育生物學研究，聚焦于側生器官起始與發育的分子調控網絡，以及植物響應逆境的分子機制。以玉米和其他飼草作物為研究對象, （1）系統解析激素信號、轉錄因子及小RNA在植物側生分生組織建立與器官原基形成中的協同調控機制，并深入探索表觀遺傳修飾在上述過程中的調控作用。（2）聚焦玉米高產株型和逆境響應的分子調控機制，系統解析玉米在環境脅迫下株型建成與器官發生的遺傳調控網絡，闡明多層次調控因子在逆境信號感知與發育調控中的協同作用，揭示其環境適應性的分子機制，為高產耐逆玉米分子設計育種提供理論依據與種質資源。
文章鏈接：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00626-1
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