本網(wǎng)訊 2月27日，學(xué)校江海洋教授團(tuán)隊(duì)在《New Phytologist》雜志在線(xiàn)發(fā)表了題為“ZmMKK1 phosphorylates ZmCAT2 to regulate H?O? homeostasis and improve heat stress tolerance in maize”的研究論文，該研究首次揭示了玉米絲裂原活化蛋白激酶激酶ZmMKK1通過(guò)直接磷酸化并激活過(guò)氧化氫酶ZmCAT2，從而清除活性氧、增強(qiáng)玉米耐熱性的全新分子機(jī)制，為培育耐熱玉米新種質(zhì)提供了關(guān)鍵的基因資源和理論指導(dǎo)。
全球氣候變暖導(dǎo)致的高溫?zé)岷σ殉蔀橹萍s玉米生產(chǎn)的主要非生物脅迫之一，嚴(yán)重影響糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。植物體內(nèi)的絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級(jí)聯(lián)信號(hào)通路在響應(yīng)多種環(huán)境脅迫中發(fā)揮核心作用，但MAPKK家族成員如何調(diào)控植物耐熱性，其具體分子機(jī)制尚不清楚。
本研究首次在玉米中鑒定到一個(gè)關(guān)鍵的耐熱正向調(diào)控因子ZmMKK1。研究表明，ZmMKK1功能缺失突變體對(duì)熱脅迫高度敏感，而過(guò)表達(dá)該基因則能顯著增強(qiáng)植株耐熱性。深入機(jī)制解析發(fā)現(xiàn)，熱脅迫可快速激活ZmMKK1，使其直接與過(guò)氧化氫酶ZmCAT2互作，并磷酸化其第352和421位蘇氨酸。這一磷酸化修飾直接增強(qiáng)了ZmCAT2的酶活性，從而加速清除熱脅迫積累的過(guò)氧化氫（H?O?），維持細(xì)胞活性氧穩(wěn)態(tài)，最終提升玉米耐熱性。
圖：ZmMKK1-ZmCAT2模塊調(diào)控玉米耐熱性的工作機(jī)制
研究還發(fā)現(xiàn)ZmMKK1能夠繞過(guò)傳統(tǒng)的MAPK級(jí)聯(lián)通路，直接磷酸化下游非激酶靶蛋白ZmCAT2。這揭示了一種全新的、非經(jīng)典的MAPK信號(hào)傳遞模式，拓寬了人們對(duì)植物逆境信號(hào)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的認(rèn)知。此外，模擬持續(xù)磷酸化的ZmCAT2（ZmCAT2T352,421D）能夠在ZmMKK1缺失背景下完全恢復(fù)甚至增強(qiáng)植株耐熱性。該研究系統(tǒng)闡明了ZmMKK1-ZmCAT2模塊在玉米熱脅迫響應(yīng)中的關(guān)鍵作用，為作物耐熱遺傳改良提供了新靶點(diǎn)與新思路，對(duì)培育適應(yīng)未來(lái)氣候變化的玉米新品種和保障糧食安全具有重要意義。
農(nóng)學(xué)院青年教師陳敏和鄭撼副教授為論文共同第一作者，江海洋教授為通訊作者。生命科學(xué)學(xué)院碩士畢業(yè)生葉俊美參與了該項(xiàng)研究。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蔣明義教授在文章寫(xiě)作和修改中給予指導(dǎo)。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（32401752）、安徽省自然科學(xué)基金（2508085MC051）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFF1000301）及安徽省重點(diǎn)科技項(xiàng)目（202423l10050038）的資助。
論文鏈接：http://doi.org/10.1111/nph.71045
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文：陳敏
一審：王曉波
二審：劉加華
三審：林婷婷
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