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解开光周期密码 助力大豆变“金豆”

时间 2022-03-17 10:00:49 来源:科技日报  

大多数一年生植物的开花周期取决于每日日照时间的长短,而大豆是对光周期极为敏感的典型短日照作物,一般只适宜种植于纬度跨度较小的区域内,适宜种植范围狭窄。

大豆的这种特性,使得许多优良品种只能在小范围内推广,有“宝”不能用,直接影响了我国大豆的产量。多年来,我国科研工作者始终致力于解开这道难题,而今又有了最新进展。

2012年,中国科学院东北地理与农业生态研究所大豆分子设计育种课题组(以下简称课题组)首次在大豆中成功克隆了对光周期反应及生育期(开花期及成熟期)贡献最大的基因E1,随后这些年,课题组陆续完成了E2、E3、E4等主要生育期基因的克隆。

E1是编码豆科植物的特异性转录因子,是大豆光周期响应的核心调控因子,阐明其介导开花途径的分子机制尤为重要。然而,目前有关E1所调控的下游信号通路在很大程度上仍是未知的。

近日,课题组在美国《植物生理学》上在线发表论文称,他们证实E1编码蛋白具有转录抑制活性。课题组基于RNA-seq这一转录组测序技术,分析发现有7个GmMDE基因的水平,在E1过表达时显著下调,而在用基因编辑技术CRISPR/Cas9敲除E1的突变株中显著上调。这些GmMDE基因表现出相似的组织特异性和表达模式,包括对光周期、E1表达和E1基因型的响应。以GmMDE05和GmMDE06的启动子为代表进行分析发现,E1可直接与启动子结合以增加组蛋白H3K27me3水平,从而在表观遗传上抑制E1的表达,让E1处于沉默状态。

随后课题组还发现,GmMDE06的功能与E1相反,具有促进大豆开花与成熟的作用。过量表达GmMDE06能抑制结荚习性核心基因Dt1的表达,引起大豆的茎顶提前开花,让生长终止,导致主茎节数减少、植株变矮。

过表达GmMDE06能使大豆中开花素基因GmFT2a和GmFT5a的表达上调。此外,在GmFT2a或GmFT5a过表达植株中,GmMDE的表达显著增加,GmMDE与GmFT2a/GmFT5a形成了一个促进大豆开花的正调节反馈回路。这种反馈调节,可以放大来自光周期的信号。

中央一号文件提出,大力实施大豆和油料产能提升工程。提升大豆产能工程,要坚持扩面积、提单产双轮驱动。如何提单产?育种是关键。课题组的最新研究,揭示了大豆开花周期的调控机制,为育出高产优质大豆新品种提供了新思路,助力大豆变“金豆”。(杨 仑)

标签: 中央一号文件 过量表达

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