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解開光周期密碼助力大豆變“金豆”

發布日期： 2022-03-17 10:27:18 來源：光明網

大多數一年生植物的開花周期取決于每日日照時間的長短，而大豆是對光周期極為敏感的典型短日照作物，一般只適宜種植于緯度跨度較小的區域內，適宜種植范圍狹窄。

大豆的這種特性，使得許多優良品種只能在小范圍內推廣，有“寶”不能用，直接影響了我國大豆的產量。多年來，我國科研工作者始終致力于解開這道難題，而今又有了最新進展。

2012年，中國科學院東北地理與農業生態研究所大豆分子設計育種課題組（以下簡稱課題組）首次在大豆中成功克隆了對光周期反應及生育期（開花期及成熟期）貢獻最大的基因E1，隨后這些年，課題組陸續完成了E2、E3、E4等主要生育期基因的克隆。

E1是編碼豆科植物的特異性轉錄因子，是大豆光周期響應的核心調控因子，闡明其介導開花途徑的分子機制尤為重要。然而，目前有關E1所調控的下游信號通路在很大程度上仍是未知的。

近日，課題組在美國《植物生理學》上在線發表論文稱，他們證實E1編碼蛋白具有轉錄抑制活性。課題組基于RNA-seq這一轉錄組測序技術，分析發現有7個GmMDE基因的水平，在E1過表達時顯著下調，而在用基因編輯技術CRISPR/Cas9敲除E1的突變株中顯著上調。這些GmMDE基因表現出相似的組織特異性和表達模式，包括對光周期、E1表達和E1基因型的響應。以GmMDE05和GmMDE06的啟動子為代表進行分析發現，E1可直接與啟動子結合以增加組蛋白H3K27me3水平，從而在表觀遺傳上抑制E1的表達，讓E1處于沉默狀態。

隨后課題組還發現，GmMDE06的功能與E1相反，具有促進大豆開花與成熟的作用。過量表達GmMDE06能抑制結莢習性核心基因Dt1的表達，引起大豆的莖頂提前開花，讓生長終止，導致主莖節數減少、植株變矮。

過表達GmMDE06能使大豆中開花素基因GmFT2a和GmFT5a的表達上調。此外，在GmFT2a或GmFT5a過表達植株中，GmMDE的表達顯著增加，GmMDE與GmFT2a/GmFT5a形成了一個促進大豆開花的正調節反饋回路。這種反饋調節，可以放大來自光周期的信號。

中央一號文件提出，大力實施大豆和油料產能提升工程。提升大豆產能工程，要堅持擴面積、提單產雙輪驅動。如何提單產？育種是關鍵。課題組的最新研究，揭示了大豆開花周期的調控機制，為育出高產優質大豆新品種提供了新思路，助力大豆變“金豆”。（楊侖）