野生与现代玉米碳氮代谢特征差异揭示其耐热性分化机制

本研究针对玉米耐热性差异机制，通过对比现代栽培种PMH 2（热敏感）、PMH 10（耐热型）及其野生祖先类玉米（teosinte）的碳氮代谢特征，发现类玉米根系通过维持蔗糖合成酶（SS）、酸性/碱性转化酶（AI/AKI）活性保障蔗糖积累以增强耐热性；PMH 10则依赖根中AKI活性及根茎中SS、蔗糖磷酸合成酶（SPS）的高活性维持稳态；而PMH 2的热敏感性源于SS/SPS诱导不足及谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）等氮代谢酶活性降低。该研究为作物耐热性育种提供了关键代谢靶点。

　　

本研究通过比较现代玉米与其野生祖先类玉米（teosinte）的碳氮代谢特征，揭示了二者耐热性差异的生理机制。在热胁迫条件下，类玉米根系因蔗糖合成酶（Sucrose Synthase, SS）、酸性转化酶（Acid Invertase, AI）和碱性转化酶（Alkaline Invertase, AKI）活性未受抑制而维持高蔗糖含量，这可能是其耐热性的关键因素。与之相反，类玉米茎中AI活性在常温和胁迫条件下均较低，表明AI对其茎部稳态维持作用有限。

耐热型现代玉米PMH 10的表现则归因于其根系中AKI活性稳定且较高，同时根与茎中SS和蔗糖磷酸合成酶（Sucrose Phosphate Synthase, SPS）活性在胁迫下显著升高。而热敏感型基因型PMH 2的脆弱性源于根系SS诱导不足以及根茎中SPS活性较低。此外，该基因型幼苗在热胁迫下可溶性总蛋白含量降低，谷氨酰胺-酮戊二酸氨基转移酶（Glutamine Oxoglutarate Aminotransferase, GOGAT）、谷氨酸脱氢酶（Glutamate Dehydrogenase, GDH）和谷氨酰胺合成酶（Glutamine Synthetase, GS）活性下降，进一步加剧其热敏感表型。

相比之下，PMH 10与类玉米在高温下GOGAT、GS和GDH活性呈现数倍增长，这显著增强了其氮代谢效率与耐热能力。该研究从代谢层面阐明了野生与现代基因型耐热性分化的机制，为作物抗逆遗传改良提供了理论依据。