2025年9月22日，我校生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點實驗室王海洋/孔德鑫團(tuán)隊聯(lián)合崖州灣國家實驗室在《NewPhytologist》上發(fā)表題為“Dual role of Gloosy15 in regulating flowering by modulating gibberellins and floral organ gene expression in maize”的研究論文。該研究是繼2023年揭示的年齡途徑（miR156-SPL-miR172-AP2）中ZmSPL13/29作為玉米花期的促進(jìn)因子的研究成果后，取得的又一重要進(jìn)展。該研究揭示了年齡途徑中AP2轉(zhuǎn)錄因子Gloosy15（Gl15）是玉米花期的雙重抑制子，通過抑制體內(nèi)赤霉素含量和花器官發(fā)育基因的表達(dá)來延緩玉米開花的分子機(jī)制。
玉米（Zea mays）是全球范圍內(nèi)種植最廣、產(chǎn)量最高的農(nóng)作物，對于保障糧食安全具有重要的意義。玉米的開花期是決定其區(qū)域適應(yīng)性和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，花期的長短由2次時相轉(zhuǎn)變（營養(yǎng)生長時相轉(zhuǎn)變和成花轉(zhuǎn)變）共同決定。目前，僅有少數(shù)幾個基因被鑒定為參與玉米時相轉(zhuǎn)變的調(diào)控，然而，對于這些基因自然變異的挖掘及在育種中的應(yīng)用潛力仍缺乏深入了解。因此，亟需挖掘更多參與玉米時相轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵基因，為培育具有廣泛適應(yīng)性的優(yōu)良玉米新品種提供寶貴的基因資源和理論支持。前期研究表明，Gl15位于年齡途徑中ZmmiR156-ZmSPL13/29-ZmmiR172c模塊下游，且負(fù)向調(diào)控玉米營養(yǎng)生長時相轉(zhuǎn)變（Moose and Sisco, 11994; Lauter et al., 2005; Yang et al., 2023）。然而，Gl15的具體作用機(jī)制及其能否參與玉米調(diào)控開花仍不清楚。
該研究發(fā)現(xiàn)，Gl15是中美近現(xiàn)代玉米育種過程中調(diào)控早期營養(yǎng)生長時相轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵候選基因，且在育種過程中明顯受到選擇。Hap1是Gl15的早花優(yōu)異單倍型，這一單倍型的選擇頻率在中美近現(xiàn)代玉米育種中逐漸增加。通過基因敲除及過表達(dá)材料的表型分析，研究表明，Gl15不僅抑制營養(yǎng)生長時相轉(zhuǎn)變，還抑制成花轉(zhuǎn)變，從而延遲了玉米的開花。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Gl15能夠在葉片和花序中，通過直接結(jié)合赤霉素（gibberellin, GA）合成基因（DWARF1[D1]）和降解基因（ZmGA2ox3）的啟動子，抑制D1的表達(dá)，同時激活ZmGA2ox3的轉(zhuǎn)錄活性，從而降低植株體內(nèi)具有生物活性的GA含量，最終導(dǎo)致玉米開花延遲。此外，Gl15還能夠直接轉(zhuǎn)錄抑制花器官發(fā)育基因ZMM4的表達(dá)來延遲玉米成花轉(zhuǎn)變。該研究揭示了Gl15作為雙重開花抑制子的作用，并闡明了Gl15通過降低體內(nèi)GA含量和成花激活基因的表達(dá)來延遲開花，為培育適合不同生態(tài)區(qū)種植的玉米新品種提供了寶貴的基因資源和理論依據(jù)。
圖1：Gl15是中美近現(xiàn)代玉米育種過程中調(diào)控營養(yǎng)生長時相轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵基因，且負(fù)調(diào)控玉米花期。
圖2：Gl15負(fù)調(diào)控玉米營養(yǎng)生長時相轉(zhuǎn)變和成花轉(zhuǎn)變及其作用模型。
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)與韶關(guān)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)的博士后楊娟為論文第一作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生徐國強(qiáng)為共同第一作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)/崖州灣國家實驗室王海洋教授為通訊作者，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院孔德鑫教授為共同通訊作者。研究得到廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/nph.70492
文/圖 生命科學(xué)學(xué)院 孔德鑫
