Plant Physiol | 中国农业大学李继刚课题组揭示phyA在光调控玉米生长发育中的重要功能

玉米是全球第一大粮食作物，而增加种植密度是提高玉米产量的最有效手段。但是在高密度种植时，植株之间彼此遮挡，使遮荫环境中的红光:远红光比例降低，诱发植物产生避荫反应，表现为植株过度生长、开花提前、抗倒伏和抗病能力减弱、光能利用率降低等，最终导致产量和品质下降。光敏色素A(phytochrome A, phyA) 是植物感知红光和远红光的光受体。人们先前对模式植物拟南芥的phyA进行了多年深入的研究，初步解析了其信号感知和传递的分子机制。在玉米中有两个phyA光受体蛋白 (ZmphyA1和ZmphyA2)，但是其在玉米生长发育中的调控功能目前知之甚少。

近日，中国农业大学生物学院/植物抗逆高效全国重点实验室李继刚教授课题组在国际学术期刊Plant Physiology在线发表了题为“Molecular characterization and functional analyses of maize phytochrome A photoreceptors”的研究论文，揭示了光受体phyA在光调控玉米生长发育中的重要生物学功能。

该研究对玉米phyA进行了分子鉴定和功能分析。结果表明，与拟南芥phyA类似，ZmPHYA1/2的转录水平受光抑制，ZmphyA1/2蛋白在红光和白光照射下迅速降解，并且照光后ZmphyA1/2均能进入细胞核。然而，和拟南芥phyA只与PIF1和PIF3互作不同的是，ZmphyA1/2能够与几乎所有的玉米PIFs蛋白都相互作用。ZmphyA1/2双突变体在远红光下的中胚轴长度与黑暗下相近，表明ZmphyA1/2确实是玉米感知远红光的主要光受体。但是，与拟南芥phyA突变体在白光和红光下无明显表型不同的是，玉米ZmphyA1/2双突变体在这些光照条件下均表现出中胚轴显著增长的表型 (图1)。这表明ZmphyA在光调控玉米生长发育中发挥独特的功能。此外，田间实验数据显示，成熟ZmphyA1/2双突变体的株高显著增加，表明ZmphyA在玉米重要农艺性状的调控中扮演着关键角色。

综上，该研究的结果显示ZmphyA与拟南芥phyA相比具有相似的生化性质和保守功能，但同时也表明ZmphyA在玉米的生长发育中发挥独特且重要的调控功能。该研究为深入理解单子叶植物的光信号转导机制提供了新的见解，也为耐密植玉米新品种的培育提供了理论支持。

图1: ZmphyA1/2双突变体幼苗在黑暗 (D)、白光 (W)、红光 (R) 和远红光 (FR)下的表型。

中国农业大学博士研究生曹岩和张盾为该论文的共同第一作者，李继刚教授为通讯作者。中国农业大学田丰教授、康定明教授、陈丽梅教授，河南大学赵翔教授，塔里木大学张丹教授，以及甘肃农业大学赵小强副研究员也合作参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国博士后科学基金以及甘肃农业大学省部共建干旱生境作物学国家重点实验室主任基金项目的经费支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad667