玉米是最重要的作物之一是世界上重要的主粮作物，已被广泛研究。然而，调控其生长发育的遗传机制的许多方面仍未被探索。最近的研究表明，一个名为COI1的蛋白质家族，以前与拟南芥和水稻等其他植物物种的防御机制有关，主要调节玉米的生长。这一发现可能会导致培育出更健壮、更高产的玉米品种。

在植物中，生长和防御经常发生冲突。当植物专注于防御病虫害时，由于抑制防御基因的蛋白质(称为JAZ(茉莉酸zm -domain))和抑制生长基因的蛋白质(DELLA)之间的相互作用，生长通常会退居次要地位。COI蛋白是通过降解JAZ来平衡这两个过程的核心。

该研究重点研究了玉米中的6种COI蛋白，将其分为COI1和COI2两组。突变植株缺失了一种、两种或全部四种COI1蛋白。然而，缺乏这两种co2蛋白的突变体无法产生，因为缺乏这两种蛋白的花粉被证明是致命的。这表明COI2蛋白在玉米雄性生殖和花粉发育中起着至关重要的作用。

真正让人惊讶的是，缺少所有四种coi蛋白的植物。“与野生型玉米植株相比，这些'COI1-4x'突变体表现出明显的生长下降，”Leila Feiz说，她是该研究的第一作者，也是该研究的共同通讯作者，最近发表在《植物细胞》上。“这与我的预期相反，因为COI突变通常会导致拟南芥和水稻等其他物种的长高。”

进一步分析表明，玉米COI1蛋白可能进化出一种新的功能:降解抑制植物生长的DELLA蛋白。Feiz提出，通过分解这些抑制生长的DELLAs, COI1蛋白使玉米能够在高水平的茉莉酸保护下继续生长，茉莉酸在炎热和干旱气候下生长的植物中丰富，而C4植物，如玉米和甘蔗，就是在这些气候条件下进化而来的。COI1在调节DELLA水平和生长中的新作用可能是一种适应，帮助玉米和其他C4植物在这样的环境中茁壮成长，是C4进化的驱动力。通过分离生长和防御反应，玉米和其他C4植物，如高粱，即使面临通常会限制生长的环境压力，也能保持强劲的生长。

这个研究项目有一个有趣的背景故事。它开始于近五年前，从一个废弃的项目中拯救了一些单突变植物。凯文·埃亨(Kevin Ahern)当时是博伊斯·汤普森研究所(Boyce Thompson Institute)乔治·詹德(Georg Jander)实验室的一名田间经理和研究生，他通过授粉和收集种子拯救了它们。几个月后，詹德实验室的研究员菲兹接管了突变的种子，继续这个项目。在整个研究过程中，她与其他几位科学家合作，其中包括费章军实验室的博士后研究员吴山，他帮助分析了一个大型RNA测序数据集。

这项研究揭示了COI蛋白如何与DELLA蛋白和植物信号通路的其他成分相互作用，为提高作物的抗逆性和生产力开辟了新的可能性。它强调了植物生物学的基础研究如何揭示迷人的进化适应，并导致现实世界的农业进步。

这项研究部分由美国国家科学基金会和美国农业部资助。