《Plant Biotechnology Journal》：Stress Granule-Associated ZmCTU2 Confers Thermotolerance in Maize via Coordinated Regulation of Proteostasis and ROS Homeostasis
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本文系统揭示了玉米胞质tRNA硫醇化因子ZmCTU2作为热胁迫应答核心调控蛋白的作用机制。研究发现，高温诱导ZmCTU2易位至胁迫颗粒（SGs），通过招募硫醇化复合体组分ZmCTU1和活性氧清除过氧化物酶（ROS-scavenging peroxidases），协同维持tRNA U34位点硫醇化（s2U34）修饰水平与氧化还原稳态，从而增强蛋白质合成保真度并减轻热损伤。该研究为作物抗逆育种提供了新靶点。
2.1 ZmCTU2是胁迫颗粒组分且表达与耐热性正相关
通过转录组分析鉴定出玉米热响应基因GRMZM2G362306，其编码的胞质tRNA 2-硫醇化蛋白2被命名为ZmCTU2。RT-qPCR验证其表达受高温诱导显著上调。对46份玉米自交系的分析显示，ZmCTU2表达水平与高温条件下的结实率呈显著正相关。在玉米叶肉原生质体中，ZmCTU2-YFP融合蛋白在正常条件下呈细胞质弥散分布，热胁迫后87.1%的细胞中ZmCTU2聚集为颗粒状结构，与胁迫颗粒标记蛋白AtUBP1B-RFP共定位，表明ZmCTU2为热诱导胁迫颗粒组分。IP-LC/MS联合酵母双杂交实验发现ZmCTU2与40S核糖体蛋白ZmRPS10、翻译起始因子ZmIF3m等胁迫颗粒相关蛋白直接互作，双分子荧光互补（BiFC）实验进一步证实热胁迫促进ZmCTU2与互作蛋白形成细胞质焦点结构。
2.2 ZmCTU2过表达增强玉米耐热性
利用玉米泛素（Ubiquitin）启动子驱动ZmCTU2过表达的转基因株系（OEZmCTU2）在苗期和成年期均表现出更强的耐热性。高温处理（43°C/16 h白天，39°C/8 h夜晚，持续6天）后，野生型B104和阴性对照株系（NL）幼苗死亡率约60%，而OEZmCTU2株系存活率达80%，鲜重显著增加。田间试验中，在郑州高温条件下（花期连续多日>35°C），OEZmCTU2株系的单株产量和百粒重显著高于野生型，主要得益于籽粒灌浆率的提升。多年度定位试验重复验证了ZmCTU2在生殖期耐热性中的关键作用。
2.3 ZmCTU2功能缺失导致种子发育缺陷
通过EMS诱变和CRISPR/Cas9技术获得ZmCTU2功能缺失突变体（zmctu2#1和zmctu2#2）。自交后代中未获得纯合突变体，杂合突变体自交果穗出现大量发育缺陷籽粒，这些缺陷籽粒基因型均为纯合突变型（zmctu2?/?），且无法萌发或萌发后生长停滞。类似地，ZmCTU1突变体（zmctu1）也呈现种子致死表型，表明ZmCTU2-ZmCTU1复合体为玉米种子发育所必需。
2.4 ZmCTU2招募ZmCTU1至胁迫颗粒并调控tRNA硫醇化
酵母双杂交和Bi实验证实ZmCTU2通过其N端无序区域（IDR）与ZmCTU1直接互作。热胁迫下，ZmCTU2引导ZmCTU1共定位于胁迫颗粒。免疫印迹和双荧光素酶报告系统显示，全长ZmCTU2（ZmCTU2FL）可显著稳定ZmCTU1蛋白水平，而缺失N端IDR的截短体（ZmCTU258–460）则丧失该功能。APM-PAGE和Northern blot分析表明，OEZmCTU2株系在常温及热胁迫下均维持较高的tKUUU、tEUUC和tQUUGtRNA硫醇化水平，而突变体中该修饰水平显著降低。
2.5 ZmCTU2组织过氧化物酶进入胁迫颗粒以维持ROS稳态
ZmCTU2与过氧化物酶ZmPOX直接互作，热胁迫下共同富集于胁迫颗粒。OEZmCTU2株系中ZmPOX蛋白稳定性增强，过氧化物酶（POD）活性升高，H2O2和丙二醛（MDA）积累量减少，细胞膜损伤减轻。此外，ZmCTU2还可招募ZmPRX35、ZmERDH1等ROS清除蛋白至胁迫颗粒，协同缓解热诱导的氧化损伤。
2.6 ZmCTU2过表达增强热胁迫下的蛋白质组重编程
TMT定量蛋白质组学分析发现，OEZmCTU2株系在热胁迫下共有1196个蛋白上调（野生型仅917个），其中777个为特有应答蛋白。这些蛋白显著富集于翻译调控、蛋白质折叠、胁迫颗粒组装等生物学过程，表明ZmCTU2通过协调蛋白质稳态网络增强热适应性。
3 讨论
本研究阐明了ZmCTU2作为胁迫颗粒支架蛋白的双重功能：一方面通过维持tRNA硫醇化保障翻译准确性，另一方面通过稳定抗氧化酶系统清除活性氧。其单倍型ZmCTU2GG与高温结实率显著相关，为玉米耐热育种提供了重要遗传资源。
