在全球范圍內，干旱等自然災害嚴重威脅玉米生產，嚴重時會造成大幅減產甚至絕收。因此，克隆玉米抗旱基因、改良玉米抗旱性是農業(yè)生產的迫切需求。
中國科學院植物研究所秦峰研究組利用全球不同地區(qū)的玉米自交系組成的自然變異群體，通過全基因組關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，83個遺傳變異位點（解析至42個候選基因）與玉米苗期抗旱性顯著相關。其中，最顯著的位點位于第9號染色體上的ZmVPP1基因中，該基因編碼一個定位于液泡膜上的質子泵-焦磷酸水解酶。研究人員通過對大量玉米自交系ZmVPP1序列的精細分析發(fā)現(xiàn)，在抗旱性強的材料中，ZmVPP1的啟動子中含有一個長度為366-bp的DNA片段插入（InDel-379），該片段中含有3個干旱應答的MYB順式作用元件，因而提高了ZmVPP1在干旱脅迫下的表達量。通過雜交和連續(xù)回交的方法，研究人員將抗旱材料的ZmVPP1基因導入干旱敏感的材料中，有效提高了玉米苗期的抗旱性。研究還發(fā)現(xiàn)，提高ZmVPP1的表達量可以促進根系發(fā)育、增加側根數(shù)目、提高葉片的光合速率和水分利用效率，從而增強玉米的抗旱能力。在田間干旱缺水條件下，ZmVPP1過表達植株的產量顯著高于對照植株，其產量受干旱影響較小。
該研究對玉米抗旱性的遺傳改良具有重要意義，為玉米抗旱新品種的培育提供了重要的基因資源和選擇靶點。
該研究成果于8月15日在線發(fā)表于《自然-遺傳學》（Nature Genetics）期刊。秦峰研究組博士生王向蘭和王宏偉為論文的共同第一作者，秦峰和中國農業(yè)大學國家玉米改良中心教授楊小紅為共同通訊作者。研究得到了國家科技部、中科院A類戰(zhàn)略先導專項和國家自然科學基金的資助。
ZmVPP1抗旱等位基因型能有效增強玉米苗期的抗旱性。a. 攜帶ZmVPP1不同等位型（抗旱等位基因型：ZmVPP1CIMBL70/91和干旱敏感等位基因型：ZmVPP1Shen5003）的近等基因系在正常澆水條件下的生長情況。b. 近等基因系干旱復水后的抗旱性表型。c. 分子標記（InDel-379）檢測ZmVPP1的不同等位基因型DNA凝膠電泳圖。d. 近等基因系干旱復水后植株存活率統(tǒng)計分析。e. ZmVPP1不同等位基因型在抗旱材料和干旱敏感材料中的表達量分析。f, g. ZmVPP1不同等位基因型在近等基因系中的表達量分析。
