干旱是威脅全球糧食生產的一大因素。根系與氣孔是影響植物干旱應對能力最直接的兩大器官。近日,盧艷麗教授團隊(西南作物基因發掘與利用國家重點實驗室;玉米研究所)通過研究發現ZmLBD5基因可以負調控玉米脫落酸(ABA)和赤霉素(GA)的產生進而影響其干旱抗性,ZmLBD5基因敲除材料表現出更好的抗旱能力。
LBD家族基因是植物特有的一類轉錄因子。其一類家族成員和二類家族成員通常被認為可能存在功能分化,兩類成員序列差異主要體現在一個參與蛋白二聚化的結構域完整與否。LBD一類成員被廣泛研究報道參與多種生物學過程,然而關于二類成員的報道非常少。我們發現二類成員LBD5可能參與干旱應答,因此對其展開了進一步研究。研究發現雖然LBD5不具有完整的蛋白二聚化結構域,但其自身的互作或與家族其他成員的互作并不受到影響。因此,我們推測一類家族與二類家族成員的功能可能不存在明顯的分化。
利用轉基因超表達及基因敲除材料我們發現受LBD5調控的下游基因主要集中于ABA和GA合成途徑。LBD5的超表達可抑制ABA合成,同時促進氣孔的發生,降低氣孔對干旱脅迫的敏感性,因此LBD5超表達植株表現為干旱敏感。但是,LBD5的基因缺失植株具有更好的干旱抗性,在田間干旱下具有更高的產量,同時田間正常水分條件下生長無明顯影響。因此,該基因可作為玉米抗旱育種基因靶點加以儲備利用。
相關研究成果題為“ZmLBD5, a class-II LBD gene, negatively regulates drought tolerance by impairing abscisic acid synthesis”的研究論文發表在植物學領域主流期刊Plant Journal(Top 1區,SCI影響因子 7.091)。國重青年教師馮宣軍博士,已畢業博士生熊靜,在讀博士生張維肖為該論文共同第一作者,盧艷麗教授為通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、四川農業大學雙支計劃等項目資助。