近期，錢葉雄教授課題組在植物科學領域國際知名學術期刊《Frontiers in Plant Science》（IF=6.627，中科院二區TOP期刊）上發表“ZmNAC074, a maize stress-responsive NAC transcription factor, confers heat stress tolerance in transgenic Arabidopsis”和“Genome-Wide Identification and Functional Analysis of Polyamine Oxidase Genes in Maize Reveal Essential Roles in Abiotic Stress Tolerance”兩篇研究論文，以及在基因組學領域國際知名學術期刊《BMC Genomics》（IF5=4.931，中科院二區TOP期刊）上發表“Genome-wide Identification and expression Profiling Analysis of Maize AP2/ERF Superfamily Genes Reveal Essential Roles in Abiotic Stress Tolerance”的研究論文。2020級碩士研究生席燕以及2021屆碩士畢業生張靜分別為論文的第一作者，錢葉雄教授為論文的通訊作者，安徽師范大學作為論文的第一作者及通訊作者單位。   　　高溫等惡劣環境極大地限制了全球農作物的生長、發育和生產。NAC轉錄因子是一類重要的轉錄因子，在植物的非生物逆境脅迫響應中起著關鍵的調節作用。然而，NAC轉錄因子在玉米熱脅迫反應中的功能尚不清楚。本研究前期鑒定并克隆了一個玉米逆境反應NAC轉錄因子基因，命名為ZmNAC074。進一步研究表明，ZmNAC074可能編碼玉米NAC家族的一個膜結合轉錄因子（MTF），由517個氨基酸殘基組成，C端存在一個跨膜區。此外，ZmNAC074在玉米幼苗中高度表達，并受到各種非生物脅迫的誘導，特別是在高溫脅迫下的葉片組織中。進一步通過轉基因方法對ZmNAC074進行功能驗證，通過表型和生理分析表明，ZmNAC074在轉基因擬南芥中的過表達可以調節多種脅迫代謝產物的積累，包括活性氧（ROS）、抗氧化劑、丙二醛（MDA）、脯氨酸、可溶性蛋白、葉綠素和類胡蘿卜素的含量的變化，顯著提高了植物的耐熱能力。實時熒光定量聚合酶鏈式反應分析表明，在熱脅迫條件下，轉基因擬南芥中編碼抗氧化物清除酶以及HSR和UPR通路反應相關基因的表達水平顯著上調，表明ZmNAC074可能編碼一個熱脅迫正調控因子，激活ROS清除基因和HSR和UPR通路相關基因的表達，從而提高植物在熱脅迫條件下的耐熱性。總之，ZmNAC074可能在賦予植物耐熱性方面發揮重要調控作用，為玉米和其他作物耐熱性調控機制研究以及培育抗高溫作物新品種提供關鍵候選基因。該研究成果目前已發表在近期《Frontiers in Plant Scienc》期刊上，文章鏈接： https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.986628。   　　多胺（PA）在植物的生長發育和非生物脅迫中發揮著重要作用。多胺氧化酶（PAO）是黃素腺嘌呤二核苷酸依賴的酶，在多胺的分解代謝中起重要作用。該研究通過全基因組分析方法首次對玉米PAO基因進行了全基因組篩選，鑒定了9個ZmPAO基因，命名為ZmPAO1-9，利用生物信息學方法對其系統發生關系、基因和蛋白結構、順式作用元件、染色體分布位置及基因復制等方面進行了系統地研究。通過對轉錄組測序數據分析，構建了玉米ZmPAO基因家族在不同生長發育時期和不同發育組織的全基因組基因表達譜，并通過qPCR方法驗證了ZmPAO基因響應高溫、干旱和鹽脅迫，表明這些基因在這些非生物脅迫反應中可能發揮作用。最后，通過構建過表達ZmPAO6基因的轉基因擬南芥驗證ZmPAO基因在植物中的調控功能。揭示ZmPAO6的過表達可能通過介導多胺的分解代謝來增強轉基因植株的耐熱性，從而減少了熱脅迫下H2O2和MDA的積累，減緩了葉綠素的降解，表明ZmPAO6可以通過參與多種生理過程來提高轉基因植株的耐熱性。此外，谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）等抗氧化酶相關基因的表達分析表明，ZmPAO6可能通過調節熱脅迫誘導下的H2O2在多胺分解代謝中的積累來提高轉基因植株的耐熱性。綜上所述，該研究首次報道了ZmPAO6基因對植物熱脅迫的響應，為進一步揭示ZmPAO基因在玉米生長發育和適應非生物脅迫中的功能和調控機制提供了重要的理論依據。該研究成果目前已發表在近期《Frontiers in Plant Science》期刊上，文章鏈接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/ fpls.2022.950064。   　　AP2/ERF轉錄因子超家族作為植物中最大的轉錄因子家族之一，參與了多種生物學過程，在植物的生長發育和應對各種逆境脅迫的響應中發揮著重要作用。盡管AP2/ERF超家族基因在許多植物中已被報道，但目前對玉米AP2/ERF基因的結構和功能知之甚少。根據玉米B73基因組的AGPv4版本，鑒定出214個編碼ZmAP2/ERF蛋白的基因。根據AP2/ERF結構域的數目及其蛋白氨基酸序列的相似性，鑒定的214個玉米ZmAP2/ERF蛋白被劃分為三個不同的家族，分別包括AP2家族（44個）、ERF家族（166個）和RAV家族（4個）。其中，ERF家族被進一步細分為兩個不同的亞家族，包括DREB和ERF亞家族，分別含有61和105個成員。此外，進一步地根據系統發育分析，DREB和ERF亞家族成員分別被分為4個（組I-IV）和8個（組V-XII）。通過對這些ZmAP2/ERF基因的外顯子-內含子結構特征及其編碼的ZmAP2/ERF蛋白的保守蛋白質基序分析，結果與類群劃分保持高度一致。啟動子分析表明，ZmAP2/ERF基因具有許多脅迫和激素相關的順式調控元件。基因復制和共線性分析表明，串聯或片段復制和純化選擇在3個不同的禾本科植物（玉米、水稻和高粱） AP2/ERF超家族基因之間的進化以及功能分化中發揮重要作用。轉錄組分析表明，大多數ZmAP2/ERF基因在玉米不同生長發育階段表現出不同的差異表達模式。此外，對ZmAP2/ERF基因之間的共表達網絡以及ZmAP2和ZmERF蛋白之間的蛋白質相互作用進行分析，揭示了玉米AP2/ERF超家族成員之間內在調控關系。此外，進一步通過實時定量聚合酶鏈式反應證實了27個ZmAP2/ERF基因對3種不同的非生物脅迫的存在響應，表明它們在不同的非生物脅迫響應中具有潛在的調控功能。綜上所述，這些研究結果表明玉米ZmAP2/ERF基因在非生物脅迫耐受性中起著重要的調控作用。該研究成果目前已發表在近期《BMC Genomics》期刊上，文章鏈接：https://doi.org/10.1186/s12864-022-08345-7。   　　以上論文得到了國家自然科學基金（31571673）、安徽省高校學科（專業）拔尖人才學術資助項目（gxbjZD2021044）、安徽省學術和技術帶頭人后備人選資助計劃（2020H221）以及重要生物資源保護與利用安徽省重點實驗室開放基金（swzy202003）等項目支持。