玉米（Zea mays ssp.mays）是大约9000年前由分布于墨西哥西南部的大刍草（Zea mays ssp.parviglum is）驯化而来。虽然大刍草仅分布于墨西哥西南部狭小的巴尔萨斯河流域,但现代玉米在北纬58°到南纬40°的区域都有分布,是世界上种植最广泛的作物之一。玉米属于短日照植物,具有光周期敏感性。大多数热带玉米对光周期敏感,仅能在热带短日照条件下正常开花结实,而温带玉米则对光周期钝感,完全适应了温带长日照环境。因此,光周期敏感性的适应性变化在玉米对不同生态环境的适应过程中发挥了关键的作用。进一步解析玉米光周期的遗传基础对理解玉米生态环境的适应机制和利用优良热带玉米种质资源具有重要的意义。本研究利用大刍草（CIMMYT 8759）与玉米自交系W22杂交衍生得到的BC2S3重组自交系群体（866份）,运用图位克隆的研究方法,成功克隆了一个重要的玉米光周期基因ZmCCT9。结合候选基因关联分析、分子生物学分析、遗传转化和群体遗传学分析,进一步深入研究了 ZmCCT9基因的生物学功能和选择进化特征。主要研究结果如下:1.基于均匀覆盖全基因组的19838个SNP分子标记,对BC2S3重组自交系群体在长日照条件下的开花期表型进行QTL定位分析,发现在第9号染色体检测到一个效应较大的开花期QTL（qDTA9）。进一步构建精细定位群体（5394株）,运用重组交换单株衍生后代测验的策略,将qDTA9精细定位于分子标记M1 15705和M1 15707之间的一个2.4kb的非编码区内。2.对513份玉米自交系的2.4kb非编码区进行重测序分析,结合关联群体长日照条件下的开花期表型进行关联分析,发现一个Harbinger-like转座子与开花期表现出最显著的关联信号（P=5.26 ×10-7）,该转座子位于一个CCT转录因子（ZmCCT9）上游大约57kb的位置。进一步对该Harbinger-like转座子与关联群体在6个不同纬度地点的积温数据进行关联分析,发现该转座子仅在高纬度地区表现出与开花期显著的关联信号,而在低纬度地区则关联信号并不显著,表明Harbinger-like转座子可能在玉米纬度适应过程中发挥了重要的作用。3.为了进一步证实ZmCCT9基因的生物学功能,利用CRISPR/Cas9技术获得3个独立的转基因植株。在长日照条件下对转基因植株的纯合后代进行开花期表型鉴定,转基因敲除系的开花期显著地早于野生型植株,表明ZmCCT9基因参与了对玉米开花期的调控。4.利用近等基因系材料对ZmCCT9基因进行表达分析,结果表明ZmCCT9基因主要在玉米成花转变时期的成熟叶中表达且受到生物钟的调控。mRNA原位杂交分析表明ZmCCT9基因主要在成熟叶中的维管束和厚壁纤维细胞中表达。在长日照和短日照条件下对近等基因系材料进行开花期表型测定分析,结果表明ZmCCT9基因受到光周期的调控且具有依赖于长日照的开花抑制作用。5.通过对NAM群体26个亲本自交系在Harbinger-like转座子位点的基因型、NAM群体开花期QTL分离模式与F1材料等位基因特异表达分析结果的一致性进行分析,结合玉米原生质体瞬时表达测验表明,Harbinger-like转座子作为一个顺式作用元件抑制ZmCCT9基因表达,从而在长日照条件下促进玉米早开花。6.为了解析ZmCCT9基因在玉米光周期途径中的分子调控关系,利用近等基因系材料和转基因敲除系材料,对目前已知的玉米光周期途径相关的基因进行表达分析,结果表明,ZmCCT9基因在长日照条件下通过抑制玉米成花素基因ZCN8的表达抑制玉米开花。7.对73份大刍草材料Harbinger-like转座子位点的基因型进行分析,发现所有大刍草材料都不携带Harbinger-like转座子插入,表明Harbinger-like转座子是一个新生突变且发生在玉米起始驯化之后。对27份玉米自交系和19份大刍草材料进行核苷酸多态性分析,结果显示,含有Harbinger-like转座子插入的玉米自交系的核苷酸多态性显著地低于大刍草材料,而不含有Harbinger-like转座子插入的玉米自交系表现出中性进化的特征,表明Harbinger-like转座子在玉米长期的驯化过程中受到强烈的选择。8.利用1008份美洲玉米地方品种,对ZmCCT9基因的Harbinger-like转座子和ZmCCT10基因的CACTA-like转座子的基因型进行分析,结果表明,两个转座子均与纬度显著相关且主要在高纬度地区富集。进一步分析发现,CACTA-like转座子比Harbinger-like转座子的等位基因频率沿纬度梯度积累更快,表明CACTA-like转座子可能比Harbinger-like转座子更早出现。9.两个转座子的分子钟分析和在关联群体中的等位基因频率分析表明,CACTA-like转座子比Harbinger-like转座子早出现约2624年,且两个转座子在玉米从热带低纬度地区向温带高纬度地区传播扩散的过程中可能发挥着不同的作用。CACTA-like转座子在玉米起始驯化之后的初期对降低玉米光周期敏感性起着关键的作用,而Harbinger-like转座子则主要在促进玉米从低纬度地区向高纬度地区传播扩散的过程中发挥作用。综上所述,本研究阐明了一个远距离的Harbinger-like转座子作为一个顺式作用元件通过抑制ZmCCT9基因的表达,从而调控玉米开花。在长日照条件下,ZmCCT9基因通过负向调控玉米成花素基因ZCN8的表达,从而抑制玉米开花。CACTA-like转座子和Harbinger-like转座子都是新生突变,且先后在玉米从热带低纬度地区向温带高纬度地区传播扩散的过程中受到强烈的选择,以促进玉米向高纬度地区的散布。因此,ZmCCT9基因的克隆不仅增强了我们对玉米驯化适应过程的了解,也为充分利用玉米丰富的种质资源和挖掘玉米开花期相关的优良等位基因提供了新的基因资源和选择位点,对选育开花期适宜的优良玉米品种具有重要的实践指导意义。