全基因组关联研究揭示DgFH18和DgCMO-like调控鸭茅开花时间的关键作用

本研究针对鸭茅（Dactylis glomerata）开花时间分子调控机制不明的瓶颈问题，通过GWAS（全基因组关联分析）筛选出359个候选基因，并验证DgFH18（formin-like蛋白18）和DgCMO-like（胆碱单加氧酶类似基因）通过激活开花相关基因（如AtFT、AtFUL）正向调控开花时间。研究为牧草分子育种提供了关键靶点，对提升饲草产量和生态适应性具有重要意义。

　　

论文解读
开花时间是决定牧草产量和生态适应性的关键农艺性状，但鸭茅作为重要冷季型牧草，其开花调控机制长期不明。早期开花导致牲畜拒食茎秆，而晚开花品种在轮牧系统中表现不佳，如何精准调控开花时间成为育种难题。传统育种依赖耗时费力的田间筛选，分子标记辅助育种虽能加速进程，但缺乏关键调控基因的挖掘。

四川农业大学的研究团队通过GWAS分析249份鸭茅种质的表型数据，结合转基因功能验证，首次揭示DgFH18和DgCMO-like是调控开花时间的核心基因。研究发表于《BMC Genomics》，为牧草分子设计育种提供了理论依据。

关键技术方法

1. 表型采集：在四川雅安和达州两地（海拔610-1100米）连续两年记录249份种质的抽穗期（HS）和开花时间（FT）；
2. GWAS分析：基于12X深度GBS测序数据，采用RR-BLUP模型和GLM筛选显著SNP（p<10^-4）；
3. 转基因验证：构建DgFH18-GFP和DgCMO-like-GFP融合载体，通过拟南芥过表达分析表型及下游基因表达；
4. 生理检测：测定蔗糖处理下转基因拟南芥的MDA（丙二醛）、总黄酮和花青素含量。

研究结果
表型变异与聚类分析
249份种质开花时间跨度达73-190天，低海拔的雅安种群开花显著早于高海拔达州种群（p<0.05）。聚类分析将种质分为6类，其中第III类（如PI235124）表现早花特性，第II类（如PI325294）呈现晚花表型。

GWAS鉴定候选基因
共检测到150个显著SNP，其50 kb侧翼区包含359个候选基因。其中12个基因与已知开花通路相关，如拟南芥同源基因BPM1（促进开花）和TPL（抑制开花）。两个新基因DgFH18（Chr1_5910149 SNP位于5'UTR）和DgCMO-like（Chr7_135386259 SNP位于启动子区）被列为重点研究对象。

DgFH18促进早花机制
系统发育分析显示DgFH18与黑麦草LrFH18亲缘最近。亚细胞定位表明其定位于细胞核和细胞质。过表达株系开花比野生型早7天（p<0.01），伴随开花促进基因AtFT和AtAP1表达上调2-3倍，而抑制因子AtFLC表达降低60%。

DgCMO-like的双重功能
该基因编码区含类黄酮合成调控元件。过表达株系在1%蔗糖处理下，花青素含量提高35%（p<0.05），且类黄酮合成基因AtTT4和AtDFR表达显著增强。值得注意的是，蔗糖虽诱导代谢变化，但未改变其促开花表型。

结论与意义
研究首次建立鸭茅开花时间的GWAS-转基因验证研究体系，揭示DgFH18通过细胞骨架重构影响开花信号传导，而DgCMO-like可能整合蔗糖信号与类黄酮代谢途径协同调控开花。这两个基因的发现为培育适应不同气候区的牧草品种提供了分子靶标，尤其对高海拔地区晚花品种选育具有应用价值。未来需进一步解析DgCMO-like是否通过糖信号通路间接影响开花，以及DgFH18与光周期途径的互作机制。