广州大学孔凡江/刘宝辉团队综述作物适应不同纬度过程中光周期开花基因的自然变异和人工选择

作物是从其野生祖先驯化而来，这个过程为人类文明的建立带来了曙光。随着人类社会的发展，作物种植范围的扩张和产量的提高给人类带来了更加稳定的食物供给。在这些过程中，作物中不同位点的基因突变为人类的选择提供了各种可能。人类对作物的人工选择可以分成两个阶段：驯化和改良。很多植物对于不同纬度地区的光周期的变化十分敏感，所以在植物驯化以及改良过程中，光周期相关基因的人工选择对于作物驯化以及向不同纬度地区的推广十分重要。

近日，广州大学生命科学学院、分子遗传与进化创新研究中心孔凡江/刘宝辉团队在aBIOTECH在线发表了题为Natural variation and artificial selection of photoperiodic flowering genes and their applications in crop adaptation的综述文章，总结了在作物适应不同纬度过程中光周期调控开花相关基因的自然变异和人工选择。

该综述对长日照作物大麦和小麦，短日照作物水稻，大豆，玉米，番茄进行了分析，它们的起源地以及目前主栽地区的差异，导致在光周期的适应性上面也有一定的差异，小麦和大麦的适应性同时也受到了春化作用的影响。大豆和水稻都起源于中纬度地区，他们往更高纬度地区传播时都降低了光周期敏感性以提早开花，而它们适应更低纬度地区时则有不同的策略，大豆是延迟开花以获得高产，而水稻则维持开花的时间基本不变。玉米和西红柿都起源于低纬度地区，它们在适应更高纬度地区时都表现出了光周期敏感性的降低。而在光周期敏感性改变的背后，是一系列光周期基因的变化（图1）。

图1 不同作物的驯化地点、现代种植区域以及在纬度适应过程中被选择的光周期开花基因

该综述总结了作物在适应不同的光周期条件时采取的策略和进程。在作物适应不同的光周期条件时，驯化的起始地点、作物的基础开花时间以及适应过程中偶然性都会影响适应的过程。提出光周期的敏感性对于作物而言是一把双刃剑，一味地降低作物光周期敏感性能够使其在更大纬度范围的不同光周期条件下种植，但是却往往不能更好的利用每个地方的光周期条件从而提高作物产量。最后，文章提出了作物纬度适应性的育种新策略：选择一个农艺性状优良的底盘品种，用基因编辑的方式让其变得完全光周期不敏感，再通过操纵光周期开花途径下游基因如 FT 的表达，创造一系列开花时间不同但是光周期不敏感的品系。最后根据某个地区的光周期条件，选取相应的品种种植。

广州大学讲师林晓雅和博士后方超为该文的共同第一作者，孔凡江教授为通讯作者，刘宝辉教授在写作中也提出了宝贵意见。该工作得到了国家自然科学基金委、广东省基础与应用基础研究重大项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s42994-021-00039-0