近日，農學院劉鵬教授課題組在The Plant Journal發(fā)表了題為“Inhibiting reactive oxygen species production mitigates endoplasmic reticulum damage in florets of developing maize ears under heat stress”的研究論文。系統(tǒng)揭示了高溫脅迫后活性氧爆發(fā)引起內質網(wǎng)應激從而抑制小花發(fā)育的新機制。山東農業(yè)大學劉鵬教授為本文通訊作者，博士研究生王慧琴為第一作者。

全球變暖使極端高溫天氣早發(fā)、頻發(fā)、重發(fā)，嚴重制約作物生產，危害玉米生長發(fā)育與產量形成。近年來，高溫脅迫發(fā)生時間與玉米雌穗發(fā)育時間高度重合，但雌穗發(fā)育早期響應高溫的脅迫效應機制仍缺乏系統(tǒng)研究。大喇叭口期是玉米雌穗分化的關鍵時期，如此時發(fā)生高溫脅迫會顯著降低小花分化數(shù)量和質量，導致玉米雌穗發(fā)育異常、授粉結實不良，果穗普遍出現(xiàn)禿尖、缺粒現(xiàn)象，產量下降嚴重。因此亟需對雌穗分化關鍵時期的高溫致災機理進行深入研究。

高溫脅迫破壞了玉米雌穗的內質網(wǎng)功能。具體表現(xiàn)為線粒體結構受損、電子傳遞鏈異常，導致活性氧（ROS）水平升高，引發(fā)氧化脅迫、蛋白質未折疊或錯誤折疊以及細胞結構破壞。小花受精率和穗粒數(shù)分別較對照降低16%-42%和33%-54%，產量損失達29%-60%。ZD958通過更快地激活多種途徑（如蛋白質分解代謝、能量代謝、碳水化合物代謝、氨基酸代謝和脂質代謝）、提高刺激檢測閾值以及增強細胞ROS解毒能力，表現(xiàn)出較好的高溫耐受性。相比之下，XY335的細胞解毒能力較弱，對溫度表現(xiàn)出更高的敏感性。然而，施用ROS抑制劑能顯著降低小花中ROS水平，減輕內質網(wǎng)應激，降低17%-31%的產量損失。該研究為玉米抗逆穩(wěn)產栽培措施的研發(fā)提供了理論依據(jù)。

該研究得到了國家自然科學基金和山東省重點研發(fā)計劃等項目的資助。

論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1111/tpj.70243

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波