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晋鹏

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[交流] [优秀文章推荐] 中国农大揭示玉米高纬度适应性机理

玉米起源于热带的墨西哥西南部，在美洲地区广泛分布，这与作物难以跨纬度扩散的规律相不符。玉米如何适应不同纬度的气候环境，在很大程度上是未知的。该研究通过图位克隆和关联分析，发现一个控制开花时间的数量性状基因座位于CCT转录因子基因（ZmCCT9）上游57 kb处的Harbinger-like转座元件。该元件通过顺式作用抑制ZmCCT9的表达，从而促进长日照条件下玉米的开花。CRISPR/Cas9敲除ZmCCT9可使长日照条件下玉米开花提前。ZmCCT9为日间型调节，其负调控成花素基因ZCN8的表达，从而导致长日照条件下玉米开花出现延迟。群体遗传学分析表明，ZmCCT9中Harbinger-like转座子的插入和另一个CCT同源基因ZmCCT10中CACTA类转座子的插入，引起了其后的演化过程，并经由选择以使玉米适应高纬度地区。该研究结果有助于解释在前哥伦布时期，转座子丰富的玉米基因组如何使玉米适应不同纬度的地区。

开花时间是作物适应当地环境的关键决定因素。作为自然和人工选择的结果，玉米已经进化成为降低了光周期敏感性，适应美洲90°以上纬度地区。在这里，我们展示了一个distant Harbinger-like转座子，作为一个顺式调控元件抑制ZmCCT9表达，以促进在高纬度长日照条件下的开花。ZmCCT9上的转座子和第二个开花时间基因ZmCCT10上的另一功能性转座子，在驯化后依次出现，并被选择为玉米从热带向高纬度传播的靶标。我们的研究结果表明，由转座子插入产生的新的功能变异，帮助玉米迅速在广泛的纬度范围内传播。

从墨西哥西南部的热带起源，玉米已遍布在美洲的广阔的纬度。这项壮举，违背了作物禁止在纬度上轻易扩散的规则。玉米如何完成广泛维度的适应，在很大程度上是未知的。通过定位克隆和关联作图，我们将一个开花时间的数量性状基因座定位到CCT转录因子（ZmCCT9）上游57kb处的Harbinger-like转座元件。长日照条件下，Harbinger-like转座元件通过顺式作用来抑制ZmCCT9表达，从而促进开花。通过CRISPR/Cas9敲除ZmCCT9，可在长日照条件下引起早开花。ZmCCT9受昼夜调节，负调控成花素ZCN8的表达，从而导致在长日照条件下的晚花。群体遗传学分析表明，插入在ZmCCT9中的Harbinger-like转座子，以及插入在另一个CCT旁系同源物，ZmCCT10中的CACTA-like转座子，在驯化后依次出现，并被选择为玉米从热带向高纬度传播的靶标。我们的研究结果有助于解释，在前哥伦布时代，具有转座子活动丰富的动态玉米基因组是如何使玉米适应超过90°的纬度地区的。

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