安徽农业大学李培金教授团队揭示玉米开花时间与雌雄穗协调发育的调控新机制

开花时间是作物关键农艺性状，通过调控营养生长向生殖生长的转变，影响收获期与区域适应性。玉米为雌雄同株异花作物，吐丝–散粉间隔期（ASI）的长短直接决定授粉效率；干旱胁迫常导致ASI延长，严重制约产量。然而，玉米开花时间及ASI的分子调控网络至今尚未完全阐明。

近日，安徽农业大学李培金教授团队在The Crop Journal 在线发表了题为“Natural variation and functional role of ZmbHLH180 in regulating maize flowering time and anthesis-silking interval”的研究简报。该研究以成花素基因ZCN8为分子标记，利用不同玉米自交系在干旱胁迫下ZCN8响应差异的特性，通过比较转录组分析筛选到一个bHLH转录因子ZmbHLH180。研究系统揭示了ZmbHLH180直接结合ZCN8启动子中的E-box基序并激活其转录，从而正向调控开花时间；同时发现其对ASI的调控存在部分解偶联现象。该工作为玉米高产育种提供了重要的基因资源与理论依据。

研究团队首先依据干旱胁迫下ZCN8表达变化，将6个玉米自交系分为敏感型（B73、CIMBL87、GEMS6）与不敏感型（SHEN137、CIMBL84、CIMBL102）。比较转录组分析在敏感型材料中鉴定出130个与ZCN8干旱响应模式一致的候选基因，其中包含16个转录因子。鉴于ZCN8启动子区域富含bHLH家族识别的E-box（CANNTG）基序，推测ZmbHLH180可能为调控ZCN8的关键候选因子（图1）。

功能验证表明，ZmbHLH180过表达显著上调ZCN8转录水平，使抽雄、吐丝和散粉时间均提前，但对ASI无显著影响；而Zmbhlh180基因敲除突变体则表现为开花延迟，但ASI反而显著缩短。这一意外结果揭示了ZmbHLH180对开花时间与雌雄穗协调发育的调控存在部分解偶联，暗示其在两者间的精细平衡中扮演复杂角色。

分子机制上，研究通过酵母单杂交、双荧光素酶报告实验和凝胶电泳迁移分析等，证实ZmbHLH180直接结合ZCN8启动子中的E-box元件并激活其转录。此外，团队对ZmbHLH180启动子区域进行单倍型分析，在349份玉米材料中鉴定出6种单倍型，其中3种主要单倍型（Hap1、Hap2、Hap3）与开花时间及ASI显著相关：高活性启动子单倍型（Hap1、Hap2）促进早花但伴随较长ASI，而低活性单倍型（Hap3）则表现为晚花但ASI较短。这一发现揭示了早花与雌雄穗同步性之间存在潜在的遗传权衡，为理解玉米生殖发育的适应性提供了新视角。

图1 ZmbHLH180作为ZCN8上游调控因子的鉴定与功能验证