Abstract

L’espansione dell’areale di coltivazione del mais è risultata fondamentale per la sicurezza alimentare nelle regioni temperate. Oltre alla soppressione della necessità di giornate brevi per l’induzione floreale, ha richiesto la selezione di un ampio intervallo di tempo di fioritura che compensasse l’effetto dei gradienti di temperatura sud-nord. In questo studio, mostriamo il ruolo di un nuovo gene florigeno, ZCN12, in quest’ultimo adattamento in collaborazione con ZCN8. eQTL di ZCN8 e ZCN12, misurati in 327 linee di mais, hanno rappresentato la maggior parte della varianza genetica del tempo di fioritura negli esperimenti su piattaforma e sul campo. ZCN12 ha avuto un forte effetto sul tempo di fioritura delle piante transgeniche di Arabidopsis thaliana; un’analisi del percorso ha mostrato che ha influenzato direttamente il tempo di fioritura del mais insieme allo ZCN8. La composizione allelica dei caratteri poligenici dei loci (quantitative trait loci-QTL) ZCN ha mostrato chiari segni di selezione da parte degli agricoltori. Ciò suggerisce che i florigeni hanno svolto un ruolo centrale nel garantire un ampio intervallo di tempo di fioritura, necessario per l’adattamento alle zone temperate.

Riepilogo 

La coltivazione del mais nei climi temperati ha richiesto la soppressione della sensibilità al fotoperiodo e la scelta di un’ampia gamma di periodi di fioritura per l’adattamento ai vincoli ambientali locali. La fioritura fotoperiodica richiede la produzione di un segnale proteico sistemico denominato florigeno, che viene attivato trascrizionalmente nelle foglie. La questione chiave è in quale misura l’espressione del gene florigeno possa giustificare la variabilità del tempo di fioritura del mais in clima temperato, dove la sensibilità fotoperiodo è stata eliminata mediante selezione artificiale. Usando approcci di genetica di associazione potremmo rilevare le regioni genomiche responsabili dell’espressione dei due florigeni che co-localizzano precisamente con le regioni correlate con il tempo di fioritura, sostenendo in tal modo l’importanza delle variazioni quantitative dei livelli di florigeno nel determinare la variabilità del periodo di fioritura. I marcatori associati all’espressione dei florigeni/tempo di fioritura mostrano significative tracce di selezione che indicano che i modelli variabili di accumulo di florigeni sostengono l’adattamento della fioritura del mais nelle zone temperate.

 

Maize adaptation across temperate climates was obtained via expression of two florigen genes

Sara Castelletti1, Aude Coupel-Ledru2, Italo Granato, Carine Palaffre, Llorenç Cabrera-Bosquet, Chiara Tonelli, Stéphane D. Nicolas, François Tardieu, Claude Welcker, Lucio Conti3
1) Department of Biosciences, University of Milan, Milan, Italy

2) LEPSE, INRAe, Univ. Montpellier, SupAgro, Montpellier, France

3) Department of Biosciences, University of Milan, Milan, Italy

Published: July 16, 2020

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008882