科技日報記者 羅云鵬 通訊員 趙志偉

人類通過涂抹“防曬霜”防紫外線，你聽說過玉米也有自己的“防曬霜”嗎？

近日，深圳大學生命與海洋科學學院院長、特聘教授劉宏濤團隊在《自然·通訊》發表研究論文，首次揭開了這一秘密：玉米體內的藍光受體ZmCRY1s能感知藍光信號，通過直接結合蠟質合成相關的BAHD家族酰基轉移酶GLOSSY2，進而調整表皮蠟質“配方”與合成量，大幅提升玉米抗紫外能力。

該成果不僅解析了植物抗逆的新機制，更蘊含多重創新突破，為培育更耐曬的高光效玉米品種提供了關鍵靶點。劉宏濤教授團隊還與中國科學院分子植物科學卓越創新中心張鵬研究員合作解析了ZmCRY1s-GLOSSY2蛋白復合體結構，近期發表于《科學進展》，為光信號傳遞的分子基礎提供直接證據。

藍光受體：玉米的“防曬指揮家”

玉米是全球產量最高的糧食作物，它喜歡陽光，但也怕太曬。田間強烈陽光中的紫外線，尤其是UV-B，會損傷葉片光合系統、損傷DNA、造成ROS脅迫、降低產量。

不過，玉米有自己的“防曬霜”——葉片表面的表皮蠟質層，能反射、吸收大部分紫外線。這層“防曬霜”的成分和厚度受光照調控，但光調表皮蠟質的機制還是未解之謎。

正常玉米遇藍光，中胚軸（種子發芽時在土壤中伸長的部分，見光后伸長被抑制）會縮短，表皮蠟質增厚同時伴隨成分變化。玉米感知藍光的“眼睛”中包含3個ZmCRY1（ZmCRY1a、ZmCRY1b、ZmCRY1c）和1個ZmCRY2。團隊通過基因編輯構建“CRY全部失效”的玉米突變體（cry-q），再對比正常玉米和“視力更好的”CRY超表達玉米發現，正常玉米遇藍光中胚軸會縮短、增厚表皮蠟質；而隨著藍光“視覺”能力的下降，cry-q材料不僅對藍光不靈敏，也極怕紫外線；CRY超表達玉米則獲得更強的“防曬力”。

更關鍵的是，藍光會讓玉米蠟質中C32醛大量增加，C32醛是玉米蠟質組分走向成熟的一個關鍵中間產物，且其積累依賴ZmCRY1s的“指揮”，突變體即便是見了藍光也很難合成C32醛。

分子搭檔：藍光下的“蛋白協作”

ZmCRY1s如何“指揮”C32醛生成呢？研究團隊找到了其“合作伙伴”——GLOSSY2（GL2）蛋白。

GL2本是合成蠟質原料（超長鏈脂肪酸）的關鍵蛋白，黑暗中會與KCS6蛋白合作，合成超長鏈脂肪酸；而藍光激活ZmCRY1s后，會與KCS6競爭（二者在GL2上的結合界面重疊度達78%），“搶過”GL2形成新搭檔，轉而合成C32醛，讓蠟質“配方”升級、防曬力倍增。

為看清這一過程，團隊還聯合張鵬研究員團隊解析了ZmCRY1s與GL2結合的2.8?三維結構，如同拍下“蛋白手拉手”的高清照，證實了藍光對二者協作的關鍵作用，更揭示了競爭性結合的結構基礎。

開辟全新視角

劉宏濤教授團隊長期聚焦“光調控植物發育及環境適應機制”，此次成果進一步拓展了植物光信號調控的研究領域，也為深圳大學的農業生物技術研究再添新彩。

這項研究實現了三重突破，為作物抗逆研究與實踐開辟了全新視角。

突破傳統調控范式。首次發現植物光受體可直接結合代謝酶調控代謝過程，打破了光信號通過基因表達調控代謝的經典框架，ZmCRY1s無需依賴轉錄環節，直接與GL2互作切換代謝流向，實現光信號到代謝反應的快速、精準傳遞，為理解植物環境適應的高效調控機制提供了全新范式。這也帶來新的啟發，即人和動物中可能存在類似的光直接調控代謝的機制。

破解領域核心謎題。明確ZmCRY1s-GL2直接互作介導C32醛積累的分子機制，為植物超長鏈脂肪醛合成這一長期未決的研究難題提供了關鍵分子線索。

賦能作物抗逆育種。揭示的ZmCRY1s-GL2調控模塊，為改良玉米等作物的UV-B耐受性提供精準靶點，為高溫、高光、強紫外輻射地區培育穩定高產品種提供技術支撐，有效應對全球氣候變化帶來的農業挑戰。

（研究團隊供圖）