过表达豆科特异性循环DOF因子MsCDFc1对紫花苜蓿开花及饲草品质的多效性调控研究

本研究针对紫花苜蓿早开花导致生物量与品质下降的产业难题，通过鉴定15个CDFs基因家族成员，发现豆科特有的MsCDFc1具有调控光周期开花的功能。过表达该基因可延迟开花（P<0.05），降低中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和木质素含量，显著提升饲草品质。研究揭示了MsCDFc1通过抑制MsFTa1/MsE1表达而非依赖MsCO-Like通路的新机制，为牧草分子育种提供了新靶点。

　　

紫花苜蓿作为全球最重要的豆科牧草之一，其产量和品质直接影响畜牧业发展。然而这个"牧草之王"面临着一个棘手矛盾：早开花虽能加速繁殖，却导致茎秆木质化加剧，使得中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量升高，牲畜消化率大幅下降。如何在保证生物量的同时提升饲草品质，成为困扰育种家数十年的难题。

中国农业科学院动物科学研究所徐江团队将目光投向了调控植物开花的关键开关——循环DOF因子（Cycling DOF Factors，CDFs）。这类转录因子在拟南芥中已被证实参与光周期开花调控，但在多倍体作物紫花苜蓿中仍是未解之谜。研究人员通过全基因组分析，意外发现紫花苜蓿拥有15个CDFs基因，数量是其他高等植物的3倍，这种扩张现象暗示其在豆科植物中可能演化出独特功能。

研究团队首先通过系统进化分析将MsCDFs划分为A、B、C三个亚群，其中C亚群成员MsCDFc1展现出典型的昼夜节律表达模式，且表达量显著高于其他成员。亚细胞定位显示其定位于细胞核，但体外实验证实缺乏自激活能力。为验证功能，研究人员分别在拟南芥和紫花苜蓿中过表达MsCDFc1，发现转基因植株在长日照（LD）条件下开花时间显著延迟（P<0.05），首次证实该基因在豆科植物中保守的开花抑制功能。

更令人振奋的是，表型分析显示延迟开花使紫花苜蓿初花期NDF、ADF和木质素含量分别降低5.3%、7.1%和9.8%（P<0.05），直接提升了饲用价值。分子机制研究发现，MsCDFc1通过显著下调开花整合子基因MsFTa1和光周期核心调控因子MsE1的表达（P<0.05）发挥作用，但独立于经典的MsCO-Like通路。不同于拟南芥中CDF1通过结合FKF1蛋白调控FT表达的经典模型，酵母双杂交和荧光素酶报告基因实验证实MsCDFc1既不与MsFKF1互作，也不直接结合MsFTa1/MsFTb1启动子，揭示了豆科特异的调控路径。

关键技术方法包括：紫花苜蓿全基因组CDFs家族鉴定、系统进化与共线性分析；qRT-PCR检测基因时空表达；拟南芥与紫花苜蓿遗传转化；饲草品质参数（NDF/ADF/木质素）测定；酵母双杂交与双分子荧光互补（BiFC）验证蛋白互作；染色质免疫共沉淀（ChIP）分析DNA结合活性。

主要研究结果：

1. 1.

   CDFs家族扩张与进化特征：基因复制事件驱动紫花苜蓿CDFs家族扩增至15个成员，C亚群为豆科特有。

2. 2.

   MsCDFc1表达模式：呈现昼夜振荡，在叶片中表达量最高，受光周期显著调控。

3. 3.

   开花时间调控：过表达使拟南芥开花延迟6天，紫花苜蓿延迟8天（P<0.05）。

4. 4.

   饲草品质改善：降低纤维组分的同时维持生物量，粗蛋白含量提升12%。

5. 5.

   分子机制解析：通过抑制MsFTa1-MsE1模块而非经典CO-FT通路发挥作用。

这项发表于《Journal of Integrative Agriculture》的研究，不仅首次阐明MsCDFc1在豆科植物中的多效性调控功能，更开创性地将开花时间调控与饲草品质改良相结合。发现的豆科特异调控路径为克服牧草育种中"早开花-低品质"矛盾提供了分子靶点，对发展"花期精准调控"的分子设计育种具有重要实践意义。研究揭示的CDFs家族在豆科中的功能分化，也为理解植物适应性进化提供了新视角。