近日，北京市农林科学院玉米所在国际期刊Plant Stress（IF=6.9）在线发表了题为“A 4-bp natural deletion of maize Na+/H+ exchanger gene alters maize salt stress tolerance”的研究论文，成功克隆玉米耐盐主效基因ZmSOS1，并发现一个4碱基的自然缺失变异是导致部分玉米材料盐敏感的“罪魁祸首”。该研究阐明了玉米耐盐的关键分子机制，并为分子标记辅助育种提升玉米耐盐性提供了新策略。
土壤盐渍化是全球农业面临的严峻挑战，严重影响玉米等作物产量。玉米作为我国第一大粮食作物，在盐碱地种植时常因Na⁺离子毒害大幅减产。研究团队以自育的两个同属于X群的的玉米姊妹自交系"京724"（耐盐）和"D9H"（盐敏感）为材料，利用BSR-Seq技术对3200多株F₂分离群体进行精细定位，将控制耐盐性的主效位点qST1锁定于玉米第1号染色体的129 kb区间内。通过基因组序列比对分析，在该区间内发现Na⁺/H⁺逆向转运蛋白编码基因ZmSOS1，并进一步通过玉米EMS突变体、过表达验证及Na⁺含量分析，确认了其耐盐功能。
在拟南芥sos1-1突变体中异源表达玉米ZmSOS1可部分恢复其耐盐表型，且酵母系统实验表明ZmSOS1可被拟南芥SOS2/SOS3蛋白磷酸化激活，证实该基因功能在进化上高度保守。
序列分析发现盐敏感材料D9H中ZmSOS1基因最后一个外显子存在4个碱基（AAGA）缺失，导致编码区发生移码突变，蛋白被提前截短，C末端丢失了68个氨基酸，其中包括两个对激酶SOS2磷酸化激活至关重要的丝氨酸残基（S1118和S1120）。基于该缺失变异，团队开发了高通量KASP分子标记，可在育种早期快速鉴定基因型。利用分子标记辅助回交，已将京724的优异等位基因导入D9H、D9B、DH382和MC01等4个盐敏感自交系。在通州盐碱地试验中，改良株系“D9HST”等的单穗产量较原自交系提高了1.9-25.6倍，效果显著。
该缺失等位基因在自然群体中频率极低（仅0.41%），却在我国玉米育种广泛应用的X群中高频分布：14个X群自交系中半数（7个）携带该变异；45个主推杂交种中11个为杂合型，其中9个的母本为X群材料。这表明该变异可能由国外种质引入，在杂种优势利用过程中得以保留并传播。
该工作得到了北京市农林科学院协同创新中心建设项目（KJCX201917、KJCX20240406）、小麦和玉米作物科学国家重点实验室开放课题（SKL2021KF07）等项目资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.stress.2025.101142
