玉米起源于熱帶，經(jīng)長期馴化后成功實(shí)現(xiàn)“北伐”，如今全球70%的種植區(qū)域集中在溫帶。然而，一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)始終制約其發(fā)展：如何降低玉米對日照長短（光周期）的敏感依賴？玉米基因庫蘊(yùn)藏著豐富潛力，熱帶玉米的優(yōu)異基因資源，對提升溫帶玉米產(chǎn)量、優(yōu)化品質(zhì)具有重要價(jià)值。但長期以來，玉米引種過程中的光周期敏感性問題，始終是阻礙熱帶優(yōu)良基因“為我所用”的棘手難題。而藍(lán)光——正是打破這一困局的關(guān)鍵！作為一種高能光線，藍(lán)光穿透力強(qiáng)，可以通過植物“光感受器”調(diào)控多項(xiàng)生物學(xué)過程，對玉米適應(yīng)溫帶新環(huán)境起到?jīng)Q定性作用。破解光周期敏感性的調(diào)節(jié)機(jī)制，既是解鎖熱帶玉米優(yōu)良種質(zhì)資源潛力、培育更廣適性品種的核心，更是探索植物生命奧秘的關(guān)鍵密鑰！

 

　　近日，玉米研究所副教授吳鋒鍇以第一作者在植物學(xué)頂級期刊The Plant Cell（IF=11.6）在線發(fā)表了題為《The Blue Light Receptor ZmFKF1a Recruits ZmGI1 to the Nucleus to Accelerate Shoot Apex Development and Flowering in Maize》（藍(lán)光受體ZmFKF1a招募ZmGI1細(xì)胞核定位并促進(jìn)玉米莖尖發(fā)育和早花）的研究論文。該研究首次揭示藍(lán)光受體ZmFKF1a促進(jìn)玉米開花的新機(jī)制，為解決玉米溫帶引種的光周期難題提供了重要理論支撐。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)光受體ZmFKF1a的節(jié)律表達(dá)，受Evening Complex（EC）組成成分ZmLUX2的精準(zhǔn)調(diào)控。ZmFKF1a與ZmGI1相互作用，并扮演“搬運(yùn)工”角色，在藍(lán)光依賴的前提下，主動(dòng)促進(jìn)ZmGI1蛋白向細(xì)胞核內(nèi)富集。進(jìn)入細(xì)胞核后，ZmGI1通過直接結(jié)合玉米成花轉(zhuǎn)變關(guān)鍵基因ZMM4（MADS-box成員）的調(diào)控區(qū)域，啟動(dòng)該基因的表達(dá)激活，進(jìn)一步推動(dòng)玉米莖尖分生組織發(fā)育進(jìn)程，最終實(shí)現(xiàn)開花時(shí)間的顯著提前。這一發(fā)現(xiàn)的核心突破在于發(fā)掘出一條全新的“ZmLUX2–ZmFKF1a–ZmGI1–ZMM4”分子調(diào)控模塊：該模塊不依賴于傳統(tǒng)植物開花調(diào)控中的FT/ZCN基因通路，而是特異性響應(yīng)藍(lán)光信號，為解析植物光信號調(diào)控開花的分子網(wǎng)絡(luò)提供了全新視角。更具應(yīng)用價(jià)值的是，在光周期敏感的熱帶玉米自交系中開展的功能驗(yàn)證顯示：過表達(dá)ZmFKF1a不僅能顯著縮短熱帶玉米的生育期，還能同步提高產(chǎn)量，為熱帶玉米優(yōu)良種質(zhì)資源向溫帶地區(qū)的高效利用、以及廣適性高產(chǎn)玉米品種的培育提供了關(guān)鍵基因資源與理論依據(jù)。

 

　　四川農(nóng)業(yè)大學(xué)吳鋒鍇副教授、在讀博士生康妍和已畢業(yè)博士劉玲（現(xiàn)宜賓學(xué)院副教授）為該論文的共同第一作者，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)盧艷麗教授為該論文通訊作者，國際玉米小麥改良中心張學(xué)才研究員、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所杜慶國副研究員對該論文做出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和四川省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。