玉米Zm4CL2基因通过调控木质素合成与ROS清除增强抗旱性的机制研究

本研究揭示了玉米Zm4CL2基因通过调节木质素合成通路（4CL/CCoAOMT）和活性氧（ROS）清除系统（SOD/CAT/POD），显著提升植株抗旱性。该基因为抗旱玉米品种选育提供了新靶点，对保障粮食安全具有重要战略意义。

　　

Section snippets

Plant material and growing conditions

玉米自交系"H8186"作为野生型（WT）对照，种子播种于育苗盆中，在人工气候室培养（温度25°C，光照16小时/黑暗8小时，相对湿度70%，光强度450 μmol/(m²·s)）。

Expression analysis of Zm4CL2 gene under stress treatment

WT玉米种子播种于土壤中，在三叶期分别采集根、茎、叶组织进行组织特异性表达分析。本研究将种子发芽后，萌发的种子置于...

Expression analysis of the Zm4CL2 gene

首先，我们分析了Zm4CL2基因在玉米根、茎、叶不同部位的组织特异性表达。Zm4CL2基因在叶片中表达量最高（图1A）。接着检测了干旱（图1B）、盐胁迫（图1C）和ABA处理（图1D）下叶片中Zm4CL2的表达。干旱胁迫下Zm4CL2表达在2小时达到峰值，随后随处理时间延长逐渐下降（图1B）；盐胁迫下表达在12小时达到最高（图1C）；ABA处理下表达在24小时显著诱导（图1D）。

Conserved functions of 4CL gene family in abiotic stress adaptation

研究表明，4CL基因家族在植物响应干旱、盐胁迫和渗透胁迫中起关键作用。张等人发现4CL基因通过调节木质素合成增强沙漠杨树的耐盐性；孙等人提出棉花Gh4CL7是干旱响应的核心调控因子。类似地，水葫芦Fm4CL-like1（陈晓辉等，2019）和马铃薯4CL家族（聂等，2023）在渗透胁迫和多重胁迫中发挥功能。

Conclusion

本研究通过木质素介导的机制鉴定Zm4CL2为玉米抗旱性的关键调控因子。过表达Zm4CL2通过改善生长性状（种子萌发、根伸长、干旱后存活率）和胁迫指标（叶绿素、脯氨酸），同时增强抗氧化酶活性和减少ROS积累以降低氧化损伤，从而增强抗旱性。转基因植株中木质化程度增加和MDA含量降低表明，Zm4CL2通过调节木质素生物合成和ROS清除途径正向调控干旱适应性。