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华中农大严建兵课题组发现玉米CCT基因ZmCOL3可延迟开花

近日,JIPB在线发表华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室严建兵教授课题组和吉林省农业科学院农业生物技术研究所刘相国副研究员合作的题为“ZmCOL3, a CCT gene represses flowering inmaize by interfering circadian clock andactivating expression of ZmCCT”的研究论文。该研究系统地解析了玉米CCT基因家族对开花期的贡献,并通过玉米转基因证实其中一个CCT基因ZmCOL3的过表达可延迟开花4天。

玉米是世界上主要的粮食作物之一,约10,000年前从墨西哥西南部的大刍草驯化而来,是典型的短日照作物。如今,玉米已经被广泛地引入到亚热带和温带地区进行种植。然而,依然有一些热带玉米材料在温带地区呈现出晚花甚至不开花的表型,这在一定程度上限制了玉米种质资源的利用。因此,玉米开花调控机理的解析将有助于加速玉米的遗传改良。

之前有研究认为CCT基因家族影响植物开花。该研究表明,玉米有53个CCT基因,其中28个落在已知的开花QTL区间内。利用一个由368份玉米材料构成的自然群体种植在中国多年多点的开花期数据,采用候选基因关联分析的方法找到了15个CCT基因显著影响玉米开花。此外,有13个玉米CCT基因与水稻中已知开花基因同源。综合三者信息,对候选基因ZmCOL3进行转基因功能验证。研究结果显示,ZmCOL3是一个在自然状态下主要在长日照条件起作用的开花抑制因子。其3’-UTR区1个胞嘧啶的缺失以及启动子区551bp的插入可能是潜在的功能位点,有助于玉米适应长日照条件。差异表达分析和转录激活活性实验证明ZmCOL3是通过干涉生物钟途径以及结合ZmCCT启动子区激活其转录而延迟开花的。该研究在已有的玉米开花调控路径中加入了新的元件,加深了对玉米开花调控分子机制的理解。

严建兵课题组的博士生金敏亮为论文的第一作者。严建兵教授和刘相国副研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研究发展计划和国家自然科学基金等项目的支持。

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