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Current Biology/克服基因补偿效应,广州大学孔凡江/刘宝辉团队在大豆适应性的遗传机制研究取得重要进展

来源:     作者:    编辑:chen    发布时间:2021-07-16 16:26    点击数: Views

大豆古称菽,大约5000年前,栽培大豆起源于我国,由分布于我国黄淮海区域(北纬32-40度)的野生大豆驯化而来,在我国的农业生产和粮食安全中占据着重要的地位。上世纪90年代以来,随着大豆在热带地区种植面积的快速扩张,巴西现已成为世界第一大大豆生产国。大豆是光周期极为敏感的典型短日照作物,单个品种或种质资源一般只适宜种植于纬度跨度较小的区域内,那么起源于温带黄淮海区域的大豆是如何适应热带的生态环境呢?又是如何影响大豆的产量和在世界范围的种植分布呢?

广州大学孔凡江/刘宝辉研究团队多年以来对大豆光周期调控的开花途径和适应性机制进行了长期系统和深入的研究,并取得了一系列重要进展。2010年,该团队首次证明大豆中FT2aFT5a具有与拟南芥FT相同的功能,FT2aFT5a的表达水平受PHYA介导的光周期调控系统的调控,二者协同控制开花使大豆能够适应广泛的光周期环境Kong et al.,Plant Physiology, 2010)。2017年,该团队报道了大豆长童期(Long Juvenile, LJ)关键基因J的图位克隆及进化机制,揭示了大豆特异的光周期调控开花的PHYA(E3E4)-J-E1-FT调控通路,也阐明了J基因的变异提高大豆低纬度适应性和产量的机制Lu et al.,Nature Genetics, 2017)。2020年,该团队又发表了关于驯化过程中大豆光周期适应性进化的研究成果,系统阐明了驯化过程中大豆适应性的基因逐步进化与选择机制Lu et al.,Nature Genetics, 2020),从而确认了光周期开花是作物驯化核心事件。2021年该团队又发表文章解析了大豆夜间复合体(Soybean Evening Complex, SEC)调控光周期敏感性与光周期现象的遗传机制。揭示了SEC-E1调控分子模块是大豆光周期反应的核心分子模块从而揭开了100年前发现的大豆光周期现象分子遗传机制的神秘面纱Bu et al.,PNAS, 2021)。



7月15日,该团队在国际权威期刊Current Biology在线发表了题为Overcoming the genetic compensation response of soybean florigens to improve adaption and yield at low latitudes的研究论文,进一步揭示了大豆低纬度适应性的分子遗传机制。该研究通过图位克隆和群体遗传学分析发现,大豆两个FT同源基因,FT2aFT5a,分别编码两个LJ性状QTL位点,进一步研究发现,FT2aFT5a的变异能抑制AP1的转录,从而延迟短日照条件下大豆的开花和成熟,研究还发现,ft2aft5a的单突变体表现出严重的遗传补偿反应(Genetic compensation response),开花期延迟相对较少,而ft2a ft5a双突变则可以打破这种补偿反应,表现出增强的LJ表型,并在低纬度地区的短日照条件下转化为更高的产量。


1.低纬度大豆群体中FT2aFT5a自然变异的分布


低纬度大豆群体重测序分析表明,FT2aFT5a的变异具有不同的地理起源,并在大豆向低纬度热带地区扩散过程中发挥了不同的作用,并且这种作用是独立于经典LJ位点J的新调控途径。这些研究结果为提高大豆在热带环境中的适应性和产量提供了新的策略,而整合开花素基因的自然变异以适应当地环境和提高产量也为其它作物育种提供了重要的视角。


2.两个FT补偿式的调控AP1的转录


已毕业博士李晓明、广州大学分子遗传与进化创新研究中心的博士后方超、福建农林大学杨永庆、广州大学生命科学学院讲师吕天晓和中科院东北地理所苏彤博士为文章的共同第一作者,孔凡江教授和刘宝辉教授为文章的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大项目、国家自然科学杰出青年基金、广东省基础与应用重点项目研究和中国博士后基金的资助。

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