玉米是我国种植面积最大、产量最高的粮食作物，而我国玉米主栽区多处于干旱和半干旱地区，旱灾会严重损害玉米产量并造成巨大的经济损失。因此, 深入挖掘玉米耐旱优良基因，探究其响应干旱胁迫的分子机制, 对玉米抗旱分子育种具有重要意义。
近日，JIPB在线发表了中国农业大学植物抗逆高效全国重点实验室/河北大学生命科学学院巩志忠教授课题组题为“ZmCIPK33 and ZmSnRK2.10 mutually reinforce the ABA signaling pathway for combating drought stress in maize”的研究论文(https://doi.org/10.1111/jipb.13906)。揭示了玉米蛋白激酶CIPK (CBL-interacting protein kinase) 家族成员ZmCIPK33是玉米干旱胁迫响应的重要正调控因子，并深入探究其响应干旱胁迫的分子机制，为玉米耐旱性提高提供了重要基因资源。
该研究通过反向遗传学大规模筛选玉米过表达和突变体株系，发现玉米CIPK家族成员ZmCIPK33正调控玉米干旱胁迫响应。ZmCIPK33过表达株系不影响植株农艺性状但能显著增强玉米耐旱性，且正调控ABA诱导的气孔关闭过程；相反，zmcipk33突变体表现出明显的干旱敏感表型，ABA诱导的气孔关闭过程受损 (图1)。
图1. ZmCIPK33正调控玉米干旱胁迫响应
进一步研究发现，ZmCIPK33磷酸化激活S型阴离子通道ZmSLAC1，促进干旱胁迫下植物气孔关闭。通过互作蛋白筛选发现，ZmCIPK33与ABA信号通路重要组分ZmSnRK2.10存在相互作用。干旱胁迫下，受ABA或渗透胁迫诱导激活的ZmSnRK2.10磷酸化ZmCIPK33，显著增强ZmCIPK33激酶活性，促进ZmCIPK33磷酸化激活ZmSLAC1，诱导气孔关闭。此外，ZmCIPK33磷酸化修饰ABA信号通路A家族ZmPP2Cs部分成员，降低ZmPP2Cs与ZmEAR1 (the ortholog of Arabidopsis Enhancer of ABA co-Receptor 1) 相互作用，显著减弱ZmPP2Cs磷酸酶活性，而间接增强ZmSnRK2.10激酶活性，形成正反馈调节机制放大信号通路 (图2)。
图2. 蛋白激酶ZmCIPK33正调控玉米干旱胁迫响应的工作模型
综上，该研究揭示了ZmCIPK33与ABA信号关键组分ZmPP2C11和ZmSnRK2.10协同调控玉米抗旱的分子机制。CBL-CIPK复合体与ABA关键信号组分协同调控抗旱的报道较少，该研究结果一方面证明ABA信号能够通过ABA或渗透胁迫激活的SnRK2s激活Ca2+信号；另一方面，证实Ca2+信号也能强化ABA信号，为玉米在干旱胁迫下钙信号和ABA信号相互增强的潜在分子机制提供新的见解。
该研究所用的重要玉米种质由中国农业大学功能基因组与分子育种研究中心提供。中国农业大学生物学院已毕业博士研究生蒋杉为该论文第一作者。中国农业大学巩志忠教授为通讯作者。中国农业大学郭岩教授、杨淑华教授也参与该项研究工作。该研究得到国家自然科学基金和北京市重点研发项目的资助。
文章引用：Jiang, S., Sun, Z., Feng, Z., Qi, Y., Chen, H., Wang, Y., Qi, J., Guo, Y., Yang, S., Gong Z. (2025). ZmCIPK33 and ZmSnRK2.10 mutually reinforce the abscisic acid signaling pathway for combating drought stress in maize. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13906
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