玉米是全球重要的粮食作物之一,随着全球平均温度的逐年增高,高温逐渐成为影响玉米生长和产量的重要环境因素之一。植物糖基转移酶作为一种翻译后修饰,在植物的次生代谢和非生物胁迫中具有重要的地位。目前已经克隆并验证了多个非生物胁迫相关的糖基转移酶基因(如GSA1、UGT706C2等),但其在玉米耐热调控机制中发挥的作用却少有研究。

近日,安徽农业大学生命科学学院江海洋团队在The Crop Journal在线发表了题为“The ZmHSF08-ZmUGT92A1 module regulates heat tolerance by altering reactive oxygen species levels in maize”的研究论文,通过分析ZmHSF08和ZmUGT92A1的生物学功能,证明玉米ZmHSF08-ZmUGT92A1分子模块通过调节热胁迫下类黄酮稳态从而改变玉米体内的活性氧水平以应对高温胁迫的适应策略。

研究者前期在玉米中克隆到一个和耐热相关的糖基转移酶基因(ZmUGT92A1),通过获得基因敲除和过表达株系对其进行表型分析,发现ZmUGT92A1正调控玉米的耐热性。生理指标分析显示,ZmUGT92A1通过维持活性氧相关指标的稳定以减少热胁迫带来的氧化损伤(图1)。利用代谢组学分析了热胁迫下的代谢物变化,结果显示ZmUGT92A1影响了玉米在热胁迫下次生代谢产物的数量和类黄酮的稳态(图2)。酶活分析发现,ZmUGT92A1对类黄酮和槲皮素表现出糖基转移酶活性,其中槲皮素在体内外均具有较强的活性氧清除能力。深入研究发现玉米热激转录因子ZmHSF08结合ZmUGT92A1的启动子并抑制该基因的表达从而调控玉米的耐热性。研究者通过获得ZmHSF08过表达株系证明了该基因负调控玉米的耐热性。研究结果为培育玉米耐热新品种提供了重要的基因资源。