玉米从长日照到短日照的驯化之谜

图agripb.gov.in

10月2日美国科学院院刊（PNAS）在线发表了题为“CACAT-like transposable element in ZmCCT attenuated photoperiod sensitivity and accelerated the postdomestication spread of maize”的论文，刊发了华中农大生命科学技术学院严建兵教授及其合作者的最新研究成果，该成果为解释玉米从长日照到短日照的驯化找到了“钥匙”。

玉米原产于阳光充足的墨西哥，全世界包括中国在内的主要玉米种植区域目前并不能保证足够的长日照，而如何解决玉米对不同地区的日照长度的适应，一直是科学家们亟需解决的关键问题。研究发现ZmCCT基因携带一个CACTA型转座子，其能有效减弱玉米对光的敏感性，有助于玉米从热带到温带地区的扩散，对于揭示玉米的适应性机制、帮助品种选育具有重要意义。

玉米的光照长度，开花期尤为重要。研究对一个来源不同具有广泛多样性、代表性的500余份玉米自交系从南到北进行了种植并调查其开花时间，利用覆盖全基因组的高密度分子标记，结合全基因的关联分析找到了一个影响开花期的关键位点。这个位点是一个包含CCT结构域的基因，命名为ZmCCT。研究者通过进一步深入分析发现，该基因与水稻Ghd7为同源基因（Ghd7，张启发教授、邢永忠教授等2008年成功克隆该基因，研究结果发表在自然遗传学上）。

通过复杂的PCR分析发现，位于该基因启动子区域一个大片段的插入和缺失是该基因的重要功能位点并与适应性有关，其在玉米的祖先品种大刍草中完全缺失，推测应该是在大刍草到玉米的进化过程中发生，并在热带到温带玉米的扩散过程中受到了明显选择。ZmCCT基因启动子区域的大片段插入影响了启动子序列的甲基化程度，导致基因表达的降低，促进开花期提前2到6天，从而使玉米更加适应北方长日照地方的生长。研究者进一步结合RNA测序技术，以ZmCCT为中心，推测了长日照下调控玉米光周期的基因调控网络，发现了多个下游调控的关键基因。

“ZmCCT是调控玉米光周期的一个关键基因，在其它禾本科作物如水稻和高粱等都发现有其同源基因，有证据表明CCT及其同源基因在调控植物的光周期方面可能起重要作用。”严建兵教授说，“不仅如此，包含CCT结构域的这一类基因可能通过影响光周期进一步影响农作物的其它关键农艺性状，是一个有重大价值、可应用于作物遗传改良的关键基因，值得进一步深入研究。”

严建兵教授，中国农大徐明良教授、杨小红副教授，河南农大陈彦惠教授等通过不同研究手段，几乎同时注意到该基因的重要性，最后各研究团队通力合作共同发表了该研究成果，严建兵教授课题组博士生李文强为本文共同第一作者。原文见南湖新闻网，论文见附件。