随着工业发展、环境恶化、污水排放，重金属胁迫已经成为农业生产的重要限制因子。铅作为一种高度持续的重金属，在农业生产中已威胁到玉米的产量和品质。当前，在玉米中鲜有控制铅耐受性的基因被报道。近日，玉米研究所沈亚欧教授团队通过正向遗传学结合基因共表达分析鉴定到一个控制玉米铅耐受性基因ZmHIPP，并解析了其调控机理，相关成果发表在国际著名学术期刊Journal of Hazardous Materials（中科院1区TOP，IF = 10.588）。
研究首先通过连锁分析定位到了控制玉米铅耐受性的6个QTL，共挖掘到了267个候选基因。随后选取了两份铅耐受和敏感自交系，对其在铅处理下不同发育时期进行RNA-seq，并对上述候选基因进行了WGCNA分析，在耐铅关联模块中鉴定到了控制铅耐受性的核心基因ZmHIPP。采用原核表达、圆二色谱解析了ZmHIPP蛋白的理化性质，该基因编码一个分子量大小约60kD的重金属相关异戊二烯化植物蛋白。为明确该基因内变异位点对表型的遗传效应，对其进行了候选基因关联分析，在其启动子区挖掘到了一个显著“A/G”变异，进一步利用双荧光素酶实验验证了该变异能造成启动子活性变异进而影响玉米的铅耐受性。对ZmHIPP进行酵母异源表达、拟南芥过量表达、玉米突变体分析，均证实了该基因正向调控玉米铅耐受性。为了进一步了解该基因的作用机理，研究者对野生型玉米和突变体的不同亚细胞成分中铅积累情况进行了分析，揭示ZmHIPP增强了铅在细胞壁的沉积进而减轻其对玉米植株的毒害。该研究为培育耐铅玉米品种和铅污染土壤生物修复提供了理论依据和技术储备。
