近日，農(nóng)學(xué)院劉鵬教授課題組在The Plant Journal發(fā)表了題為“Inhibiting reactive oxygen species production mitigates endoplasmic reticulum damage in florets of developing maize ears under heat stress”的研究論文。系統(tǒng)揭示了高溫脅迫后活性氧爆發(fā)引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激從而抑制小花發(fā)育的新機(jī)制。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)劉鵬教授為本文通訊作者，博士研究生王慧琴為第一作者。

全球變暖使極端高溫天氣早發(fā)、頻發(fā)、重發(fā)，嚴(yán)重制約作物生產(chǎn)，危害玉米生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量形成。近年來(lái)，高溫脅迫發(fā)生時(shí)間與玉米雌穗發(fā)育時(shí)間高度重合，但雌穗發(fā)育早期響應(yīng)高溫的脅迫效應(yīng)機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)研究。大喇叭口期是玉米雌穗分化的關(guān)鍵時(shí)期，如此時(shí)發(fā)生高溫脅迫會(huì)顯著降低小花分化數(shù)量和質(zhì)量，導(dǎo)致玉米雌穗發(fā)育異常、授粉結(jié)實(shí)不良，果穗普遍出現(xiàn)禿尖、缺粒現(xiàn)象，產(chǎn)量下降嚴(yán)重。因此亟需對(duì)雌穗分化關(guān)鍵時(shí)期的高溫致災(zāi)機(jī)理進(jìn)行深入研究。

高溫脅迫破壞了玉米雌穗的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能。具體表現(xiàn)為線粒體結(jié)構(gòu)受損、電子傳遞鏈異常，導(dǎo)致活性氧（ROS）水平升高，引發(fā)氧化脅迫、蛋白質(zhì)未折疊或錯(cuò)誤折疊以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞。小花受精率和穗粒數(shù)分別較對(duì)照降低16%-42%和33%-54%，產(chǎn)量損失達(dá)29%-60%。ZD958通過更快地激活多種途徑（如蛋白質(zhì)分解代謝、能量代謝、碳水化合物代謝、氨基酸代謝和脂質(zhì)代謝）、提高刺激檢測(cè)閾值以及增強(qiáng)細(xì)胞ROS解毒能力，表現(xiàn)出較好的高溫耐受性。相比之下，XY335的細(xì)胞解毒能力較弱，對(duì)溫度表現(xiàn)出更高的敏感性。然而，施用ROS抑制劑能顯著降低小花中ROS水平，減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，降低17%-31%的產(chǎn)量損失。該研究為玉米抗逆穩(wěn)產(chǎn)栽培措施的研發(fā)提供了理論依據(jù)。

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1111/tpj.70243

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