陕西
玉米株高是决定抗倒伏性、产量表现和总生物量的关键农艺性状，在青贮玉米生产中尤为重要。然而，高温胁迫显著抑制玉米节间伸长，造成株高降低，随之产量和生物量大幅减少，严重制约了玉米的适应性种植与稳产。解析玉米响应高温的遗传机制，对培育耐高温、高产、稳产玉米品种具有重要意义。
近日，中国科学院植物研究所张翠研究团队在国际知名期刊Cell Reports上发表了题为A natural nucleotide variation in theMIR172Cpromoter modulates temperature-dependent plant height in maize的论文。通过全基因组关联分析（GWAS），利用不同温度下的株高减缓速率这一稳定性状，在包含275份自交系的玉米自然变异群体中鉴定到一个位于MIR172C基因启动子区的单核苷酸多态性（SNP）位点，该位点与温度依赖性株高显著关联。
研究发现，该SNP位点存在G到A的自然变异，形成了两种主要单倍型：含G等位基因的耐热型和含A等位基因的温度敏感型。近等基因系显示，导入优异单倍型G能显著提高玉米耐热性和产量。分子证据表明，A等位基因显著增强了bHLH转录因子PIF4与MIR172C启动子的结合能力，从而强烈抑制MIR172C的转录；而G等位基因与PIF4结合力较弱，MIR172C可维持较高表达水平。进一步研究表明，MIR172C在茎尖分生组织（SAM）和茎中优势表达，通过抑制靶基因IDS1并激活油菜素内酯（BR）信号通路，促进节间细胞伸长。当高温诱导的PIF4结合在MIR172C-A启动子时，MIR172C表达下降，造成IDS1蛋白积累，导致节间伸长受阻，植株表现矮化。值得注意的是，高温下miR172c主要通过翻译抑制降低IDS1的蛋白量，而不是转录后剪切调节IDS1的mRNA水平。该研究建立了"PIF4-miR172c-IDS1-BR"信号轴调控玉米株高响应高温的分子框架，揭示了microRNA介导的翻译抑制在植物响应高温的过程中发挥着重要作用。
miR172c响应温度调控玉米株高的分子机制
MIR172C自然变异位点在玉米从热带向温带驯化过程中受到人工选择。回顾性研究发现，中国近代玉米育种中A等位基因频率逐渐升高， 在籽粒玉米和青贮玉米中出现选择分化，A等位基因广泛存在于籽粒玉米中，G等位基因在青贮玉米中占比更高。有意思的是，在近年选育的耐热玉米种质中，优异单倍型G得到高度聚合。该发现不仅为玉米耐热种质的鉴定提供了稳定的分子标签，也为定向改良玉米耐高温适应性、培育抗倒伏且高产稳产的玉米新品种提供了重要分子靶点和育种策略。
中国科学院植物研究所饲草种质高效设计与利用全国重点实验室助理研究员王涛和博士研究生胡滨滨为该论文共同第一作者，张翠研究员为通讯作者。中国农业大学杨小红教授，植物所景海春研究员，河南农科院粮食作物研究所李会勇研究员、王利锋副研究员参与了该项研究。该研究得到了国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。
张翠, 中国科学院植物研究所饲草种质高效设计与利用全国重点实验室研究员, 博士生导师，中国科学院海外引进人才。长期从事植物发育生物学研究，聚焦于侧生器官起始与发育的分子调控网络，以及植物响应逆境的分子机制。以玉米和其他饲草作物为研究对象, （1）系统解析激素信号、转录因子及小RNA在植物侧生分生组织建立与器官原基形成中的协同调控机制，并深入探索表观遗传修饰在上述过程中的调控作用。（2）聚焦玉米高产株型和逆境响应的分子调控机制，系统解析玉米在环境胁迫下株型建成与器官发生的遗传调控网络，阐明多层次调控因子在逆境信号感知与发育调控中的协同作用，揭示其环境适应性的分子机制，为高产耐逆玉米分子设计育种提供理论依据与种质资源。
文章链接：
https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00626-1
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