科学家揭示大豆生态适应性遗传机制
2017/3/26 中科院之声

     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重点实验室刘宝辉、孔凡江研究团队与中科院遗传与发育生物学研究所田志喜研究团队、中科院华南植物园侯兴亮研究团队合作在大豆生态适应性机制方面取得进展。相关研究论文 “Natural variation at the soybean J locus improves adaptation to the tropics and enhances yield” 于近日在国际期刊《自然-遗传学》( Nature Genetics )上在线发表。

     大豆是典型短日照作物，对光周期极其敏感，这一生理特性极大限制了低纬度地区的大豆种植和产量提高。大豆长童期 ( Long Juvenile, LJ ) 性状在上世纪70年代被发现，并成功应用于低纬度地区大豆育种。LJ 性状的导入，突破了大豆在低纬度地区产量极低的限制，使大豆在低纬度(尤其是南美地区)得以快速扩张和推广。上世纪90年代，研究发现J是控制大豆 LJ 性状的关键位点，然而其编码基因和分子调控机制一直未明确。

     研究团队通过正向遗传学的方法图位克隆了 J 基因，发现 J 基因是拟南芥 EARLY FLOWERING 3 (ELF3) 的同源基因，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。且在低纬度条件下(短日照条件)，突变型 j 与野生型 J 相比能提高大豆产量达30-50%。进一步研究表明，在短日照条件下，J 蛋白能够与大豆光周期开花的核心调控因子 E1 启动子的 LUX 结合元件直接结合，进而抑制 E1 基因的表达，从而解除了 E1 对 FT 的抑制，促进 FT 基因的表达上调。同时，研究还发现 J 基因的表达受到光敏色素蛋白 E3 和 E4 的抑制，揭示了大豆特异的光周期调控开花的 PHYA(E3E4)-J-E1-FT 遗传网络(图1)。群体遗传学分析发现，J 基因在适应低纬度大豆品种中至少存在着8种功能缺失型等位变异。J 基因多种变异的产生是大豆适应低纬度地区和产量增加的重要进化机制，低纬度地区的环境压力是J基因产生变异的主要驱动力。这些等位变异对大豆在低纬度地区的推广和大豆生产必将起到重要的作用。

     该项工作得到国家自然科学基金、重点研发计划和中科院先导专项等项目资助。

    

     图：E3E4 诱导调控 E1 是通过 E3E4 抑制调控 J 转录表达，然后 J 抑制调控 E1 转录表达来完成，J 蛋白能够直接结合到 E1 启动子上抑制其表达，从而释放了 E1 对 FT 转录抑制，而诱导大豆开花与成熟。

     来源：中国科学院东北地理与农业生态研究所

    

    

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