借用的基因有助于玉米适应高海拔，寒冷的温度
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北卡罗来纳州立大学的研究人员表明，玉米中的一个重要基因称为HPC1，调节了某些有助于开花时间的化学过程，并起源于“ Teosinte”mexicana，”现代玉米的先驱，它在墨西哥的高地生长。这些发现提供了对植物进化和特质选择的见解，并且可能对玉米和其他农作物对低温的适应有影响。
“我们了解na广泛感兴趣tural variation of lipids are involved in the growth and development of plants, and how these compounds may help plants adapt to their immediate environments,” said Rubén Rellán-Álvarez, assistant professor of structural and molecular biochemistry at NC State and the corresponding author of a paper describing the research. “Specifically, we wanted to learn more about variation in lipids called phospholipids, which consist of phosphorus and fatty acids, and their role in adaptation to cold, low phosphorus, and the regulation of important processes for plant fitness and yield like flowering time.”
像墨西哥高地一样，在较高海拔地区种植的玉米需要特殊的住宿才能成功发展。与在较低海拔和较高温度下生长的玉米相比，这些山区的寒冷温度使玉米处于轻微的劣势。
瑞尔兰·阿尔瓦雷斯（Rellán-álvarez）说：“在高海拔地区，在较冷的温度下，由于较低的热量单位积聚而制造玉米植物需要更长的时间 - 玉米需要积聚热量或生长单位。”“在10,000英尺（2,600米）的情况下，制造玉米植物的时间比较低的海拔植物要长三倍。为了适应这些特殊条件，Campesinos（小农户）必须在本季节初种植，并在土壤深处种植；在雨季到来之前，早期的几个月中的增长非常缓慢，但稳定的增长。几千年来，Campesinos选择了玉米品种，可以通过在冬季寒冷的月份到达之前在低温下生长，可以在这些特殊条件下壮成长。”
That’s where the HPC1 gene comes in, the researchers say. In corn varieties grown in low elevations, including most of the corn grown in the United States, the gene breaks down phospholipids that in other species have been shown to bind to important proteins that accelerate flowering time.
“磷脂也是细胞膜的重要组成部分。所有脂质都具有不同的形状，并平衡这些形状是使膜保持完整并帮助植物生存压力时期的原因。
但是，在山上，基因失火，但为高地玉米受益。
瑞尔兰（Rellán-álvarez）说：“在高地玉米中，选择了一个有缺陷的基因，这导致了高水平的磷脂。”“我们开发了CRISPR-Cas9突变体，并确认了该基因的代谢功能。我们还显示出类似的磷脂蛋白相互作用，这些相互作用在其他物种中被描述为调节开花时间。”
巴恩斯补充说：“在高地未分解的磷脂可能更好地将膜保持在一起，使植物能够在不利的环境中生存。”
在本文中，研究人员在墨西哥（在低地和高地）中展示了巨大的实验结果，其中有该基因的高地版本。他们发现，玉米与高地版本的基因开花比没有该基因的植物早天开花。同时，玉米在低地生长，高地版本的基因开花，比没有该基因版本的植物晚了。
“这有助于该工厂在当地环境中做得更好，”博士学位FaustoRodríguez-Zapata说。瑞尔南 - 阿尔瓦雷斯（Rellán-álvarez）实验室的学生和该论文的联合第一作者。“如果开花不起作用，就不会有种子，因此涉及开花时间的某些东西也涉及当地适应也就不足为奇了。”
该研究还通过整个西半球的数千年的农民选择，研究了玉米的进化。几千年前，美洲原住民在墨西哥驯化了玉米，从一个名为Teosinte parviglumis的野生植物中，富有创造力，将玉米带到了整个美洲，从亚利桑那州和佩鲁的沙漠到包括尤卡坦和哥伦比亚的湿森林，包括到墨西哥高地，玉米与另一个野生的Teosint植物交叉 - Teosintemexicana。
“我们的结果表明，玉米与Teosinte Mexicana的混合物帮助玉米适应了高地条件，这种混合物与现代玉米相关，”Rellán-álvarez说。
在这项研究中，研究人员表明，来自墨西哥Teosinte的遗传作品（即HPC1的高地版本）已保留在现代玉米中。
“这种保留 - 科学家所说的渗入 - 类似于现代人类在其遗传密码中保留尼安德特人的位。这些作品之所以保留，是因为它们随着时间的推移被选中并带来了一些优势，”罗德里格斯·扎帕塔（Rodríguez-Zapata）说。
该研究还表明，加拿大，美国北欧和北欧种植的玉米种植的HPC1的高地变体 - 由于这些地方的气候较冷，这是有意义的。
NC国家研究人员现在正在研究磷代谢中涉及的该基因和其他基因的作用，以学习更多可持续的玉米种植方式，并可能将更多的Teosinte Mexicana带入现代玉米。
该论文出现在美国国家科学院论文集。Researchers from Penn State University, UC Davis, Iowa State University, Cornell University and Cold Spring Harbor co-authored the paper. Support for the work was provided by CONACYT in México, the National Science Foundation and NC State startup funds.
-Kulikowski-
注释编辑：本文的摘要如下。
“自适应Teosinte墨西哥渗入调节磷脂酰胆碱水平，与玉米开花时间有关”
作者：Allison C Barnes，FaustoRodríguez-Zapata，Karla aBlöcher-Juárez，Dan J Gates，Andi Kur，Andi Kur，Li Wang，Garrett M Janzen，Sarah E Jensen，JuanMestévez-Palmas，Heli M Crow，Heli S Kavi，Hannah，Hannah，Hannah，Hannah，HannahD PIL，Ruthie L Stokes，Kevan T Knizner，Maria R Aguilar-Rangel，Edgar Demesa-Arévalo，Tara Skopelitis，SergioPérez-Limón，Whitney L Stutts，Peter Thompson，Peter Thompson，Yu-Chun Chiu，David Jackson，David Chiu，David C Muddiman，Olivean，Oliver，Oliver，Oliver，David ChiuFiehn，Daniel Runcie，Edward S Buckler，Jeffrey Ross-Ibarra，Matthew B Hufford，Ruairidh Jh Sawers，RubénRellán-álvarez
发布：2022年6月30日美国国家科学院论文集
抽象的：美国原住民驯化玉米（Zea Mays SSP。梅斯）来自Lowland Teosinte Parviglumis（Zea Mays ssp.parviglumis）在温暖的墨西哥西南部，并将其带到墨西哥和南美的高地，在那里暴露于较低的温度下，在开花时间上施加了强烈的选择。磷脂是植物对低温和低磷供应的植物反应中重要的代谢产物，还建议影响开花时间。在这里，我们将链接映射与基因组扫描相结合，以鉴定高磷脂酰胆碱1（HPC1），该基因编码磷脂酶A1酶，是高地玉米磷脂变异的主要驱动力。常见的花园实验表明，与HPC1的变化相关的强烈基因型相互作用与高地HPC1等位基因相关，导致高地的适应性较高，可能是通过加速开花。高地玉米HPC1变体由于高度保守的序列中的多态性而导致编码蛋白的功能受损。跨HPC1直系同源物进行的荟萃分析表明，该位置的氨基酸的身份与原核生物的最佳生长之间存在很强的联系。通过基因组编辑的HPC1诱变验证了其在调节磷脂代谢中的作用。最后，我们证明了高地HPC1等位基因通过野生高地Teosinte Zea Mays SSP的渗入而进入培养玉米。墨西哥人，并一直保持在美国北部，加拿大和欧洲的玉米繁殖线中。因此，从墨西哥Teosint的HPC1侵入的基础是大型代谢QTL，该QTL调节磷脂酰胆碱水平，并且至少部分通过诱导早期开花时间具有自适应作用。
