ZmSTK1和ZmSTK2调控玉米花粉育性的机制研究.pdf

摘要

随着全球气候变化的不断加剧，高温胁迫已经成为农业生产面临的主要环境

挑战之一。特别是对于那些依赖特定气候条件的关键粮食作物而言，这一挑战尤为

严峻。玉米（ZeamaysL.）作为世界上重要的粮食作物之一，其繁殖过程中通过花

粉传递亲本的遗传信息。花粉作为植物生殖过程中的关键组织，在高温胁迫条件下

表现出极大的敏感性。因此，深入理解玉米花粉对高温胁迫的响应机制变得至关重

要。

本研究基于玉米花粉在高温胁迫下的反应机制，揭示了两种花粉特异性蛋白

激酶ZmSTK1和ZmSTK2在玉米花粉成熟期通过调节糖酵解代谢途径来影响花粉

的育性。实验结果表明，ZmSTK1和ZmSTK2的激酶域能够与糖酵解途径中的关

键酶，烯醇化酶Enolase1和Enolase2发生特异性相互作用。当ZmSTK1或ZmSTK2

过表达时，高温处理后的成熟花粉粒中烯醇化酶的活性及其代谢产物（例如磷酸烯

醇式丙酮酸，丙酮酸，淀粉，葡萄糖和果糖）的水平显著增加，而蔗糖含量则降低。

并且ZmSTK1和ZmSTK2通过调节Enolase1和Enolase2的磷酸化状态及其酶活性，

提升玉米花粉对高温的抵抗力。此外，本研究还发现在ZmSTK1和ZmSTK2调节

下，面对高温胁迫成熟玉米花粉中的抗氧化酶活性（包括超氧化物歧化酶，过氧化

物酶和过氧化氢酶）得到了增强，同时丙二醛的积累也得到了有效缓解。

通过互作分析，我们发现在高温环境下ZmSTK1和ZmSTK2与上游蛋白

PEX10和Actin7形成互作，进一步确认了ZmSTK1和ZmSTK2在玉米花粉成熟

阶段与特定蛋白之间存在特定的相互作用关系，并在调节花粉的耐热性方面扮演

着重要的角色，但具体这两种蛋白在高温条件下如何调控ZmSTK1和ZmSTK2仍

需进行更深入的研究。

综合本研究的发现，我们不仅揭示了玉米花粉如何响应高温胁迫的新机制，还

特别强调了ZmSTK1和ZmSTK2在调节花粉抵抗高温能力中的作用。这为通过分

子育种手段提高玉米的耐热性提供了重要依据。通过深入研究ZmSTK1和ZmSTK2

的功能及其相互作用网络，我们可以开发新的策略，以提高作物对温度变化的适应

性，有效应对全球气候变暖带来的农业生产挑战，为增强作物耐热性探索了新的研

究方向和策略。

关键词：ZmSTK1，ZmSTK2，玉米花粉，高温胁迫

Mechanisticstudiesontheregulationofmaizepollenfertilityby

ZmSTK1andZmSTK2

Abstract

Asglobalclimatechangecontinuestointensify,hightemperaturestresshasbecome

oneofthemajorenvironmentalchallengesforagriculturalproduction,especiallyfor

criticalfoodcropsthatdependonspecificclimaticconditions.Inthiscontext,maize

pollen,anextremelyheat-sensitivetissueduringplantreproduction,isseverelyaffected

underhigh-temperaturestressconditions.Therefore,adeeperunderstandingofthe

responsemechanismsofmaizepollentohightemperaturestresshasbecomeessential.

Inthisstudy,basedontheresponsemechanismofmaizepollenunderhigh

temperaturestress,wedemonstrate