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Current Biology/克服基因補償效應,廣州大學孔凡江/劉寶輝團隊在大豆適應性的遺傳機制研究取得重要進展

來源:     作者:    編輯:chen    發布時間:2021-07-16 16:26    點擊數: Views

大豆古稱菽,大約5000年前,栽培大豆起源于我國,由分布于我國黃淮海區域(北緯32-40度)的野生大豆馴化而來,在我國的農業生產和糧食安全中占據著重要的地位。上世紀90年代以來,隨著大豆在熱帶地區種植面積的快速擴張,巴西現已成為世界第一大大豆生產國。大豆是光周期極為敏感的典型短日照作物,單個品種或種質資源一般只適宜種植于緯度跨度較小的區域內,那么起源于溫帶黃淮海區域的大豆是如何適應熱帶的生態環境呢?又是如何影響大豆的產量和在世界范圍的種植分布呢?

廣州大學孔凡江/劉寶輝研究團隊多年以來對大豆光周期調控的開花途徑和適應性機制進行了長期系統和深入的研究,并取得了一系列重要進展。2010年,該團隊首次證明大豆中FT2aFT5a具有與擬南芥FT相同的功能,FT2aFT5a的表達水平受PHYA介導的光周期調控系統的調控,二者協同控制開花使大豆能夠適應廣泛的光周期環境Kong et al.,Plant Physiology, 2010)。2017年,該團隊報道了大豆長童期(Long Juvenile, LJ)關鍵基因J的圖位克隆及進化機制,揭示了大豆特異的光周期調控開花的PHYA(E3E4)-J-E1-FT調控通路,也闡明了J基因的變異提高大豆低緯度適應性和產量的機制Lu et al.,Nature Genetics, 2017)。2020年,該團隊又發表了關于馴化過程中大豆光周期適應性進化的研究成果,系統闡明了馴化過程中大豆適應性的基因逐步進化與選擇機制Lu et al.,Nature Genetics, 2020),從而確認了光周期開花是作物馴化核心事件。2021年該團隊又發表文章解析了大豆夜間復合體(Soybean Evening Complex, SEC)調控光周期敏感性與光周期現象的遺傳機制。揭示了SEC-E1調控分子模塊是大豆光周期反應的核心分子模塊從而揭開了100年前發現的大豆光周期現象分子遺傳機制的神秘面紗Bu et al.,PNAS, 2021)。



7月15日,該團隊在國際權威期刊Current Biology在線發表了題為Overcoming the genetic compensation response of soybean florigens to improve adaption and yield at low latitudes的研究論文,進一步揭示了大豆低緯度適應性的分子遺傳機制。該研究通過圖位克隆和群體遺傳學分析發現,大豆兩個FT同源基因,FT2aFT5a,分別編碼兩個LJ性狀QTL位點,進一步研究發現,FT2aFT5a的變異能抑制AP1的轉錄,從而延遲短日照條件下大豆的開花和成熟,研究還發現,ft2aft5a的單突變體表現出嚴重的遺傳補償反應(Genetic compensation response),開花期延遲相對較少,而ft2a ft5a雙突變則可以打破這種補償反應,表現出增強的LJ表型,并在低緯度地區的短日照條件下轉化為更高的產量。


1.低緯度大豆群體中FT2aFT5a自然變異的分布


低緯度大豆群體重測序分析表明,FT2aFT5a的變異具有不同的地理起源,并在大豆向低緯度熱帶地區擴散過程中發揮了不同的作用,并且這種作用是獨立于經典LJ位點J的新調控途徑。這些研究結果為提高大豆在熱帶環境中的適應性和產量提供了新的策略,而整合開花素基因的自然變異以適應當地環境和提高產量也為其它作物育種提供了重要的視角。


2.兩個FT補償式的調控AP1的轉錄


已畢業博士李曉明、廣州大學分子遺傳與進化創新研究中心的博士后方超、福建農林大學楊永慶、廣州大學生命科學學院講師呂天曉和中科院東北地理所蘇彤博士為文章的共同第一作者,孔凡江教授和劉寶輝教授為文章的通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金重大項目、國家自然科學杰出青年基金、廣東省基礎與應用重點項目研究和中國博士后基金的資助。

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