大豆生态适应性遗传机制研究获重要进展

　　大豆起源于我国黄淮海地区，是典型短日照作物。当高纬度地区大豆品种引入低纬度区域种植时，由于光周期敏感性，开花期会显著提前，进而导致大豆植株生物量和产量降低，极大限制了低纬度地区的大豆种植。长童期（Long Juvenile, LJ）性状在上世纪70年代被发现，主要表现为短日照条件下的晚花表型，近年来已成功地应用于大豆育种当中。J locus是控制LJ性状的关键位点，J的导入突破了大豆在短日照下产量极低的限制，使大豆种植在低纬度（尤其是南美地区）得以快速扩张和推广。虽然J位点对大豆育种工作极为重要，但其具体基因和分子调控机制至今尚未明确。　　

　　中科院华南植物园侯兴亮研究员课题组与中科院东北地理与农业生态研究所孔凡江研究组和刘宝辉研究组以及中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜研究组合作，通过正向遗传学的方法图位克隆了J基因，证明其为拟南芥EARLY FLOWERING 3 (ELF3)的同源基因，并通过功能互补实验和近等基因系等方法验证了基因的功能。研究表明，在短日照条件下，J蛋白通过与大豆光周期途径关键开花因子E1启动子上的LUX元件相结合，抑制E1基因的表达，从而解除了E1对FT表达的抑制，促进开花。另一方面，J基因的转录则受到光敏色素蛋白E3和E4的抑制。这些原创性发现揭示了控制大豆光周期开花途径的特异PHYA-J-E1-FT分子遗传网络。研究团队进一步验证了在低纬度条件下，J基因突变后能够延迟大豆成熟期，大大提高了大豆产量。与野生型J相比，突变型j能提高大豆产量达30-50%；群体遗传学分析发现，J基因在适应低纬度的大豆品种中至少存在8种功能缺失型的自然等位变异，这些变异的产生是促进大豆生态适应性的关键因素，已经在低纬度地区（我国南方）被广泛应用于提高大豆产量的育种中，对大豆生产起着极其重要的作用。

　　该研究成果于3月20日以Article形式在国际权威遗传学期刊Nature Genetics上在线发表 （DOI:10.1038/ng.3819）。中国科学院东北地理所芦思佳博士、赵晓晖博士、南海洋博士、华南植物园博士研究生胡一龙和遗传所博士研究生刘书林为论文共同第一作者。刘宝辉研究员、侯兴亮研究员、田志喜研究员和孔凡江研究员为论文共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金委、中科院等项目的资助。

　　光周期途径下J调控大豆开花与产量的模式图

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