玉米（学名：Zea mays），作为全球至关重要的主食作物，尽管已受到广泛研究，但其调控生长与发育的遗传机制仍有许多未知领域。最新研究发现，一种名为COI1 的蛋白质家族，在玉米中主要负责调节生长，而这一家族的蛋白质在拟南芥和水稻等其他植物中曾被关联于防御机制。这一突破性的发现有望引领培育出更强健、更高产量的玉米新品种。
在植物生理学中，生长与防御常常存在权衡。当植物将能量投入到抵御害虫或疾病时，其生长进程往往会受到抑制。这种抑制作用源于两类蛋白质间的相互作用：一类是抑制防御反应的 JAZ 蛋白（茉莉酸ZIM结构域蛋白），另一类是抑制生长相关基因的DELLA蛋白。COI 蛋白通过降解 JAZ 蛋白，在这两者之间发挥着平衡作用。
本研究聚焦于玉米中的六种 COI 蛋白，它们被分为 COI1 和 COI2 两个亚群。研究者通过基因编辑技术，培育出了缺失一种、两种或全部四种 COI1 蛋白的突变体。然而，缺失两种 COI2 蛋白的突变体无法存活，因为缺乏这两种蛋白的花粉会导致不育。这一发现突显了 COI2 蛋白在玉米雄性生殖和花粉发育中的关键作用。
特别引人注目的是，缺失所有四种 COI1 蛋白的突变体（称为COI1-4x）表现出了与预期相反的生长减缓现象。该研究的第一作者 Leila Feiz 指出：“这些 COI1-4x 突变体的生长速度明显低于野生型玉米，这与我们在拟南芥和水稻中观察到的COI 突变体生长加速的现象不同。”
进一步的分析揭示了玉米 COI1 蛋白可能演化出了新功能：降解 DELLA 蛋白。Feiz 提出，COI1 蛋白通过降解这些抑制生长的 DELLA 蛋白，使得玉米能在茉莉酸浓度高的环境下维持生长。这一新功能可能是玉米及其他 C4 植物（如甘蔗）适应炎热干旱气候的关键，这些环境条件正是 C4 植物进化的温床。通过解耦生长与防御反应，玉米和其他 C4 植物能够在面对环境压力时保持稳健的生长。
这项研究的起点颇具传奇色彩，源自五年前的一个废弃项目中被挽救的几株单突变植物。当时，Kevin Ahern 在 Boyce Thompson Institute 的 Georg Jander 实验室担任现场经理和研究生，他通过授粉和收集种子挽救了这些植物。随后，Feiz接手了这些突变种子，继续该项目的研究。在研究过程中，她与多位科学家合作，包括张军飞实验室的博士后研究员 Shan Wu，后者在分析大型 RNA 测序数据集方面提供了帮助。
这项研究不仅揭示了 COI 蛋白与 DELLA 蛋白以及植物信号传导途径中其他组分的相互作用，也为提高作物的抗逆性和生产力提供了新的视角。它强调了基础植物生物学研究在揭示植物进化适应性方面的重要作用，并为农业实践带来了潜在的进步。该研究得到了美国国家科学基金会（NSF）和美国农业部（USDA）的部分资助。
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