山东农业大学李刚教授团队揭示玉米株高和避荫反应调控的新机制

山东农业大学李刚教授团队研究发现，BBX家族成员DBB2是玉米株高和避荫反应的关键调控因子，揭示了其通过转录调控网络促进茎秆伸长并降低避荫敏感性的分子机制，为玉米耐密高产育种提供了重要基因资源。研究背景与意义玉米是我国种植面积最大、总产量最高的作物，但平均单产较低且面临进口压力。密植是提高总产量的主要策略，但会降低群体内部光照强度，诱发避荫反应（如茎秆快速伸长、易倒伏、秃尖等），限制产量提升。解析避荫反应的分子机制、挖掘耐密高产基因，是密植增产的关键前提。图1. 密植条件下玉米冠层光照变化及避荫反应表型核心发现：DBB2调控玉米株高与避荫反应基因表达特性：DBB2（double B-box zinc finger protein2）属于BBX家族，在遮荫条件下快速诱导表达，而其高度同源蛋白DBB12无此特性。突变体表型分析：株高调控：玉米dbb2突变体株高显著降低，细胞伸长和节间长度变短，表型可被赤霉素（GA）缓解，表明DBB2通过GA信号通路促进茎秆伸长。避荫反应减弱：突变体对遮荫处理的敏感性降低，茎叶夹角变化减小，群体透光性提高，增强了耐密性。图2. 野生型（WT）与dbb2突变体株高对比（左：WT，右：dbb2）分子机制：DBB2通过转录调控网络促进茎秆伸长与HY5互作抑制GA2ox4表达：DBB2作为转录辅助因子，与转录因子HY5直接结合，抑制HY5对GA2氧化酶基因GA2ox4的转录激活，减少活性GA的降解，从而促进茎秆伸长。与PIF4协同激活下游基因：在遮荫条件下，转录因子PIF4直接结合DBB2启动子并诱导其表达。DBB2进一步与PIF4互作，共同激活下游基因（如DBB2自身、细胞壁扩展蛋白基因EXPs），加速细胞与茎秆伸长。图3. DBB2调控株高与避荫反应的分子机制模式图（A）光照条件下，DBB2通过抑制HY5对GA2ox4的激活，维持GA水平促进茎秆生长；（B）遮荫条件下，PIF4诱导DBB2表达，DBB2与PIF4协同激活下游基因，加速茎秆伸长。研究价值与应用前景理论创新：首次揭示BBX家族蛋白在玉米株高调控和避荫反应中的关键作用，完善了植物光信号转导与形态建成的调控网络。育种应用：DBB2基因可作为耐密高产育种的重要靶点，通过降低避荫反应、优化株型结构，提高玉米密植群体的光能利用效率和抗倒伏能力，为突破单产瓶颈提供基因资源。研究团队与支持团队成员：论文第一作者为山东农业大学生科院王霄飞博士，通讯作者为李刚教授；崖州湾国家实验室王海洋教授和山东农业大学李平华教授提供指导。资助项目：国家自然科学基金、山东省自然科学基金等。实验室条件：依托小麦育种全国重点实验室，具备优越的实验平台，长期招聘博士后和青年人才。参考文献Wang, X., et al. (2025). DBB2 regulates plant height and shade avoidance responses in maize. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13859Shi, Q., et al. (2024). Phytochrome B interacts with LIGULELESS1 to control plant architecture and density tolerance in maize. Mol. Plant 17: 1255–1271.Wang, Q., et al. (2024). Histological and single-nucleus transcriptome analyses reveal the specialized functions of ligular sclerenchyma cells and key regulators of leaf angle in maize. Mol. Plant 17: 920–934.