山东大学晶体材料研究所，山东大学晶体材料研究所复试线
近日，山东大学生命科学学院在Plant Physiology上在线发表了题为“ZmNF-YA1 and ZmNF-YB16 participate in the regulation of plant growth and drought resistance in maize”的研究论文，报道了ZmNF-YA1和ZmNF-YB16参与调控玉米植株的生长和抗旱性，并对其调控机制进行了研究。
干旱、盐害、热/冷胁迫等非生物胁迫严重影响植物的生长发育。玉米作为重要的粮食和经济作物，其生产往往受到干旱、高温和土壤盐渍化的影响。干旱胁迫调控基因的鉴定对于玉米产量的遗传改良至关重要。植物在感知到胁迫信号后，会激活一系列信号转导通路并对胁迫做出反应。在这些过程中，转录因子调节许多应激反应基因的表达。核因子 Y (NF-Y)，也称为 CCAAT-box结合因子 (CBF)，是真核细胞重要的转录因子，在酵母和哺乳类细胞中有NF-YA、NF-YB和NF-YC三个成员，并以异三聚体形式行使功能。在高等植物中NF-Y有NF-YA、NF-YB和 NF-YC三个不同 亚家族，每个亚家族中有多个成员。在之前的研究中课题组发现玉米ZmNF-YB16过表达增强了植株的光合作用和抗氧化能力，提高了玉米对干旱胁迫的抗性和产量（Wang et al., 2018）。ZmNF-YB16 调节抗氧化酶和内质网 (ER) 应激相关的分子伴侣等基因的表达，减轻了胁迫对光合作用系统 II 的损伤。进一步研究ZmNF-YB16是如何导致植物抗旱性和产量的提高以及其作用机制有重要的理论与应用价值。
在本研究中，通过酵母杂交筛选出与 ZmNF-YB16相互作用的蛋白，确定了 ZmNF-YB16通过其组蛋白折叠结构域与ZmNF-YC17相互作用在细胞质中形成异源二聚体，在受到渗透胁迫时进入细胞核与ZmNF-YA1或ZmNF-YA7形成异源三聚体。利用我们创制和鉴定了ZmNF-YA1的过表达和敲除突变体，系统比较了不同株系的植株对非生物胁迫尤其是干旱胁迫的耐受性，发现ZmNF-YA1的过表达提高了玉米的干旱和盐胁迫耐受性和促进根系发育，而zmnf-ya1突变体表现出干旱和盐胁迫敏感。转录组比较分析得出 ZmNF-YA1介导的转录调控，尤其是茉莉酸甲酯信号通路，组蛋白修饰和染色质重塑变化可能是zmnf-ya1突变株植物胁迫耐受性变差的主要原因。ZmNF-YA1可以与启动子CCAAT基序结合，直接调控ZmbHLH116、ZmPOD64、ZmLOX5和ZmMBF1c等多个基因的表达。这些靶基因在胁迫响应和植物发育中起重要作用。比较 ZmNF-YB16过表达和ZmNF-YA1过表达植株中与未转基因植株中差异表达的基因得出，ZmNF-YA1和ZmNF-YB16在胁迫响应过程中具有类似的生物学功能，但具体功能和差异表达基因又有所不同，推测它们相似生物学功能可能是通过ZmNF-YA1-ZmNF-YB16-YC17复合体调控下游靶基因表达实现的，而彼此的功能差异有可能是分别与不同亚基形成功能有差异的不同 ZmNF-Y 复合物造成。
综上所述，该研究鉴定了玉米中首个ZmNF-Y 转录调控复合体，研究了渗透胁迫对ZmNF-YB16/ZmNF-YC17 的影响; 明确了复合体成员ZmNF-YA1和ZmNF-YB16参与调控玉米植株的生长和抗旱性。ZmNF-YA1介导的转录调控，尤其是茉莉酸甲酯信号通路，组蛋白修饰和染色质重塑可能是zmnf-ya1突变株植物胁迫耐受性变化的主要原因。ZmNF-YA1 是植物干旱和盐胁迫响应的正调节因子, 参与玉米根系发育调控，在玉米育种中有重要的应用价值。
ZmNF-YA1和ZmNF-YB16参与调控玉米植株的生长和抗旱性的模式图
山东大学李朝霞博士为本文通讯作者，在读博士生杨亚苓和王保梅博士、王洁敏博士为共同第一作者。山东农科院何春梅副研究员、中国农业科学院张登峰副研究员和山东大学张举仁教授参与该项研究。本研究得到国家自然科学基金项目的资助与支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiac340
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