玉米G蛋白对发育和免疫的双重调控机制学术资讯

来源：BioArt植物

玉米不仅仅是我国和全球范围内重要的作物，也是遗传学和发育生物学研究的模式植物。玉米的综合产量提高依赖于株型的优化与抗病性的提高，而二者分别受发育与免疫信号的调控。因此，探索发育调控与免疫应答的平衡是玉米研究领域的重大课题。

来自中国农业科学院农业资源与农业区划所的吴庆钰研究员、山东大学生命科学学院的徐芳教授和美国冷泉港实验室的David Jackson教授在PNAS发表了题为The maize heterotrimeric G protein β subunit controls shoot meristem development and immune responses的研究论文。该研究解析了玉米信号开关分子——G蛋白对发育及免疫信号的双重调控机制，为平衡发育及免疫应答，提高玉米综合产量提供了重要的理论依据。

玉米果穗的形态包括穗长、穗行数等直接影响籽粒数量及单位产量。尽管通常在田间成熟期对果穗形态及籽粒数进行评测，其形态在发育早期即已被幼穗上干细胞（花序分生组织）的程序化发育进程所决定。前期研究成果表明，G蛋白作为重要的信号开关分子，对植物的分生组织发育起着重要的调控作用，但其分子调控机制仍有待进一步解析。尤其是Gβ亚基，由于在单子叶植物中敲除该基因出现致死表型，导致无法对其功能进行深入解析，成为研究难点。

该研究首先明确了Gβ突变体致死是由自主免疫所导致。由于在模式植物拟南芥中敲除该基因没有致死表型，该研究结果说明在谷类作物中可能存在一条有别于模式植物的免疫路径。随后，通过遗传筛选，使玉米Gβ突变体在特定遗传背景下存活，并获得了单氨基酸突变的独特的Gβ变变体，突破了前期的研究瓶颈，展现了其发育表型。尤为重要的是，通过关联分析，研究者发现该基因与玉米穗行数显著关联。

The lethality of Zmgb1CR mutants was suppressed in the CML103 background.

该研究基于独特的遗传材料，综合运用分子遗传学、基因编辑及细胞生物学等手段，从全新的视角深入探索G蛋白对花序发育和自主免疫的调控机制，不但能够帮助理解植物G蛋白信号转导这个重要科学问题，也能为优化发育和免疫平衡，提高玉米及其它谷类作物综合产量提供理论指导。

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