2024年5月8日，Journal of Genetics and Genomics在线发表上海师范大学王水研究员团队题为“PURINE PERMEASE 4regulates plant height in maize”的研究论文，该研究揭示细胞分裂素转运蛋白ZmPUP4是一个控制玉米株高的关键因子，且突变后不影响生殖发育，为培育矮化玉米提供了一个潜在理想材料。
玉米是当今全球种植范围最广、产量最大的谷类作物，约占总产量的40%。植株高度是影响作物产量和整体生产力的重要性状。20世纪60年代以来的绿色革命（Green Revolution）使得谷物产量显著提高，这主要归功于新的矮化品种（如小麦和水稻）的培育。矮化品种的优势包括可以密植、抗倒伏、以及便于机械化施肥或使用杀菌剂等。已发现的控制植物株高的激素主要包括赤霉素、油菜素内酯和独角金内酯等，编码这些激素合成酶或信号传递基因的突变，常常导致植株矮小，但同时也严重影响植株发育，特别是影响生殖器官发育，导致胚珠和花粉败育，极大地限制激素矮化突变体在作物矮化品种培育上的应用。
该研究偶然得到一个株高约为野生型50%的突变体，二代测序分析发现该突变体中ZmPUP4基因插入了一段T-DNA序列，该突变体命名为zmpup4-T。利用CRISPR/Cas9技术对ZmPUP4基因进行编辑，得到zmpup4-C，表现出类似zmpup4-T 的矮化表型。据推测，ZmPUP4 编码细胞分裂素转运蛋白，主要在玉米根部表达。进一步研究发现，zmpup4 突变体根部合成的细胞分裂素向植株地上部分的运输受到显著影响，从而影响节间伸长。zmpup4 突变体的生殖发育不受影响，而此前发现的矮化玉米突变体均表现出生殖发育异常。该研究不仅拓展了细胞分裂素类植物激素调控玉米株高研究的理论基础，而且在生产上为培育矮化玉米提供了一个理想材料。
zmpup4突变体表现出矮化表型
上海师范大学生命科学学院硕士生黄羽辰和张悦慧为该论文共同第一作者，王水研究员和蔡晓锋副教授为共同通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金委和上海市植物种质资源开发协同创新中心等项目资助。
