田丰教授团队揭示玉米纬度适应性分子机制论文在《PNAS》发表

发布时间:2018-01-03 00:19:04     阅读次数:954

20171226日,美国科学院院报《PNAS》杂志在线发表了中国农业大学国家玉米改良中心田丰教授团队与金危危教授团队,杨小红教授团队,美国威斯康星大学麦迪逊分校John Doebley教授团队合作题为ZmCCT9 enhances maize adaptation to higher latitudes”的研究论文。该研究发现一个Harbinger-like转座子通过抑制ZmCCT9基因表达促进玉米在长日照条件下开花,深入揭示了玉米从短日照低纬度地区向长日照高纬度地区散播的分子适应机制。

玉米是约9000年前由分布于墨西哥西南部的大刍草驯化而来。虽然大刍草仅分布在墨西哥西南部的狭长区域内,但现代玉米已经遍布世界各地,跨越纬度近100度,已成为世界上种植最广泛的作物之一。玉米作为典型的短日照作物,其生长发育受到光周期的调控。热带玉米对光周期敏感,只有在短日照低纬度地区才能正常开花结实,在长日照高纬度地区表现出不开花或延迟开花的特性。温带玉米则不同程度降低了对光周期的敏感性,可以在长日照高纬度地区正常开花结实。因此,光周期敏感性的降低在玉米从短日照低纬度地区向长日照高纬度地区散播过程中起着关键的作用。但玉米纬度适应性的分子机制仍尚未十分明确。

该研究团队通过图位克隆和关联分析克隆到一个控制玉米开花期的数量性状位点,研究发现该位点由位于CCT转录因子基因(ZmCCT9)上游57 kb处的一个Harbinger-like转座子调控。该转座子作为一个顺式作用元件抑制ZmCCT9基因的表达,从而促进玉米在长日照条件下开花。CRISPR/Cas9敲除ZmCCT9基因可使玉米在长日照条件下早开花。ZmCCT9基因受到生物钟的调控且通过负调控成花素基因ZCN8的表达,进而在长日照条件下延迟玉米开花。群体遗传学分析表明,调控ZmCCT10基因的CACTA-like转座子和调控ZmCCT9基因的Harbinger-like转座子先后出现在玉米起始驯化之后,并在玉米适应高纬度地区的过程中受到强烈选择。该研究揭示了玉米基因组丰富的转座子功能变异可能是玉米适应不同纬度地区的重要原因。

该研究由中国农业大学和美国威斯康星大学麦迪逊分校合作完成,中国农业大学田丰教授和美国威斯康星大学麦迪逊分校John F. Doebley教授为通讯作者,中国农业大学博士研究生黄成为论文第一作者。该研究得到了国家重点研发计划,国家自然科学基金,青年千人计划和中央高校基本科研业务费专项资金的支持。