我校农学院田丰教授课题组玉米适应性分子机制取得新成果
本网讯 近日，《Current Biology》杂志在线发表了我校农学院田丰教授团队题为“Stepwise cis-regulatory changes in ZCN8 contribute to maize flowering time adaptation ”的研究论文，该研究发现玉米成花素基因ZCN8启动子上两个顺式作用元件，分别在玉米驯化、适应过程中相继受到选择并发挥作用，以帮助玉米从短日照低纬度地区向长日照高纬度地区散播。该研究揭示了一个基因上不同顺式作用元件在植物适应当地环境过程中逐步发挥作用的分子进化机制。
玉米属于短日照作物，由约9000年前分布于墨西哥巴尔萨斯河流域的大刍草（Zea mays ssp. parviglumis）驯化而来，经过长期的自然和人工选择，玉米逐渐克服光周期敏感性，适应了长日照、高纬度的温带环境，成为世界上种植最广泛的作物之一。开花期是决定玉米适应性的关键性状，虽然玉米中已经克隆了一些调控玉米开花的基因，但玉米的花期适应机制还未阐明。
ZCN8是玉米中的成花素基因，是玉米开花期调控网络中的关键整合因子。该研究团队通过关联分析发现ZCN8启动子上两个序列变异分别与花期显著关联，证实ZCN8在调控玉米花期自然变异中发挥了重要作用。进一步群体遗传学分析发现，其中的序列变异SNP-1245在祖先种大刍草中已经存在，其早开花等位基因在玉米早期驯化中受到强烈选择，导致大多数玉米携带SNP-1245的早开花等位基因。研究发现SNP-1245作为顺式作用元件通过影响上游基因ZmMADS1与ZCN8的结合来调控ZCN8的表达。在玉米向高山地区散播过程中，来自近缘祖先种（Zea mays ssp. mexicana）的另一个早开花自然变异杂交渗入进SNP-1245早开花单倍型中，从而帮助玉米适应温带环境。该研究最后绘制了前哥伦布时期玉米在美洲传播的多基因适应图谱。该研究不仅首次提出了玉米花期适应过程中单个基因的逐步进化机制，也揭示了近缘种的基因渗入对提高玉米适应性的重要作用，而且进一步构建了玉米花期适应的多基因进化图谱，这些研究结果为其他作物的驯化和适应研究提供了重要借鉴。
我校郭丽博士和王雪涵博士为论文共同第一作者，田丰教授为通讯作者，美国威斯康星大学麦迪逊分校John F. Doebley教授合作参与了该项工作。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家青年千人计划、中央高校基本科研业务费和美国自然科学基金支持。