多種病害的交互發生嚴重危害玉米的安全生產，是產量和品質提升的主要限制因素。因此，挖掘抗病基因，并利用其改良玉米抗病性是玉米遺傳育種的重要目標。然而，由于生長與抗病性間存在拮抗作用，常出現作物抗病但不高產甚至減產的現象，使得眾多抗病基因難以得到有效利用。在此背景下，挖掘介導玉米生長與抗病平衡的調控因子并解析其調控機制具有重要意義。

 

　　外切體exosome和SKI復合體組成的切割體復合物負責成熟mRNA的降解，在生物體維持轉錄和翻譯平衡的過程中發揮著重要作用。ZmSKI3是玉米SKI復合體的一個亞基。該研究發現Zmski3功能缺失突變體表現出籽粒變小和植株矮化的現象。Zmski3突變體對彎孢葉斑病的抗性明顯增強，而過表達ZmSKI3的轉基因材料更感彎孢葉斑病和小斑病。這些結果表明ZmSKI3正調控玉米的生長而負調控抗病性，是協同調控玉米生長和抗病性的重要因子。

 

　　為了解析ZmSKI3介導生長和抗病性的內在機制，該研究利用轉錄組分析，發現抗病防御通路的基因在Zmski3突變體中顯著上調表達，而生長發育相關基因在突變體中顯著下調表達，這些結果與Zmski3突變體抗病性增強和生長發育受阻的表型相符。此外，通過對Zmski3突變體和過表達材料的轉錄組學分析發現，223個基因在突變體中顯著上調而在過表達株系中顯著下調表達。這些基因編碼的mRNA可能是ZmSKI3的潛在調控底物。通過mRNA降解實驗發現，該研究發現多個底物mRNAs的降解速率在Zmski3突變體中顯著變慢，證明ZmSKI3介導了玉米mRNAs特別是防御相關mRNA的降解。

 

　　已有的研究表明，mRNA的異常積累通常會引起轉錄后的基因沉默（post‐transcriptional gene silencing，PTGS），進而一定程度下調過度積累的mRNAs。本研究利用siRNA測序，發現在突變體中靶向190基因轉錄本的siRNA顯著增加，而靶向102個基因轉錄本的siRNA顯著減少。對這些基因進行GO分析發現，190個基因主要富集在抗病防御途徑，而102個基因主要富集在生長發育途徑。這些結果表明，在Zmski3突變體中生長與抗病防御相關基因受到PTGS的差異化調控，防止免疫相關基因表達被過度激活而生長相關基因表達被過度抑制，從而實現玉米生長和抗病的平衡。

 

　　綜上所述，該研究發現玉米的生長和抗病受到轉錄調控、ZmSKI3介導的RNA降解調控以及轉錄后基因沉默（PTGS）三個層次的調控。該研究也為利用基因編輯等手段精細調控玉米生長和抗病平衡提供了新的靶標基因，為實現玉米抗病與產量協同提升提供了新策略。

 

　　農學院在讀博士生高潔為論文的第一作者，農學院玉米生物技術團隊青年教師李見坤、湯繼華教授和茍明月教授為論文通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、河南省杰出青年科學基金、河南省重點研發計劃等項目的資助。

 

　　茍明月教授課題組主要從事玉米抗病、細胞壁合成及生長發育調控機制研究與分子育種工作，近年來在玉米廣譜抗病性及抗性與生長平衡研究中取得重要進展。在Nature Plants、Nature Communications、Plant Cell、EMBO Journal、Plant Biotechnology Journal、Journal of Integrative Plant Biology、Plant Journal、Plant Physiology、Journal of Experimental Botany、The Crop Journal等期刊發表論文30余篇，論文被引用2100余次。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13780