最近的研究表明，一组被称为COI1的蛋白质，在以前与多种植物类型（如拟南芥和水稻）的防御功能相关联，主要控制玉米（玉米）的生长。这一发现可能为创造更强大、更高效的玉米品种铺平道路。
玉米（玉米）是全球重要的主食作物，并且一直是广泛研究的对象。然而，控制其生长和发育的许多遗传因素仍然不太明了。最新研究发现，COI1蛋白家族，因其在拟南芥和水稻等物种中担任植物防御角色，主要影响玉米的生长。这一发现可能有助于培育更具韧性和生产力的玉米品种。
在植物领域，生长和防御通常是相互对立的。当植物优先保护自己免受害虫或疾病的侵害时，生长通常会因竞争蛋白质而受损。这些蛋白质包括JAZ（茉莉酸ZIM结构域），它抑制防御基因和DELLA蛋白，它抑制生长。COI蛋白在通过降解JAZ蛋白质平衡这些活动中起着关键作用。
该研究考察了玉米中的六种COI蛋白，分为两组：COI1和COI2。研究人员创造了缺失一个、两个或所有四个COI1蛋白的突变植物。然而，生成缺失两个COI2蛋白的突变体是不可能的，因为这会对花粉发育造成致命影响。这一发现强调了COI2蛋白在玉米雄性繁殖和花粉形成中的重要作用。
研究还揭示出关于缺失所有四个COI1蛋白的植物的惊人结果。“这些‘COI1-4x’突变体与正常玉米植物相比，生长显著降低，”最近发表在《植物细胞》上的研究的首席作者Leila Feiz表示。“这出乎意料，因为在其他物种如拟南芥和水稻中，COI突变一般会导致植物更高。”
Feiz进一步解释道：“在C3 coi突变植物如拟南芥中，COI的缺失阻止了JAZ的降解，导致DELLA蛋白被困住。这引发了通常被DELLA抑制的生长基因的激活。而野生型植物在持续处理茉莉酸后反而生长较短，因为COI识别茉莉酸并降解JAZ。这种降解激活防御基因并释放DELLA，抑制生长。与拟南芥和水稻的COI突变体不同，玉米的四重COI1突变体的生长较野生型和双突变植物更短。”
额外的调查表明，玉米中的COI1蛋白可能已经适应了一个新角色：降解阻碍植物生长的DELLA蛋白。Feiz推测，通过消除这些抑制生长的DELLA，COI1蛋白使玉米能够在高浓度的茉莉酸下蓬勃生长，而这种情况在来自炎热和干燥气候的植物中很常见，这些植物如玉米和甘蔗起源于此。COI1在调控DELLA水平和促进生长方面的新功能可能是玉米，以及其他C4植物，能够在恶劣环境中成功的进化性调整——这是C4植物进化中的一个关键因素。通过分离生长和防御机制，玉米和其他C4植物，包括高粱，即使在遭遇通常会阻碍生长的环境挑战时，仍能维持健康的生长。
该研究项目的起源非常引人入胜。它始于近五年前，当时一些单突变植物从一个废弃项目中被挽救出来。Kevin Ahern，当时是乔治·詹德实验室的研究生和田间经理，成功地对这些植物进行了授粉，并收集了种子。最终，Feiz，这位在詹德实验室的研究员，接管了突变种子以推进项目。在这项研究中，她与其他几位科学家共同合作，包括在张军飞实验室的博士后研究员Shan Wu，他协助分析广泛的RNA测序数据。
这项研究为通过揭示COI蛋白如何与DELLA蛋白和植物信号通路中的其他元素相互作用来增强作物强度和产量开辟了新途径。它展示了植物科学中的基础研究如何揭示引人入胜的进化适应，并导致重大的农业发展。
该研究获得了NSF和USDA的资金支持。
