東北地理所在大豆生態適應性遺傳機制方面取得重要進展
中科院東北地理與農業生態研究所大豆分子設計育種重點實驗室劉寶輝、孔凡江研究團隊與中科院遺傳與發育生物學研究所田志喜研究團隊、中科院華南植物園侯興亮研究團隊合作在大豆生態適應性機制方面取得重要進展。相關研究論文“Natural variation at the soybean J locus improves adaptation to the tropics and enhances yield” 3月20日在國際期刊Nature Genetics（自然遺傳學）上在線發表。
大豆是典型短日照作物，對光周期極其敏感，這一生理特性極大限制了低緯度地區的大豆種植和產量提高。大豆長童期 (Long Juvenile, LJ) 性狀在上世紀70年代被發現，并成功應用于低緯度地區大豆育種。LJ性狀的導入，突破了大豆在低緯度地區產量極低的限制，使大豆在低緯度(尤其是南美地區)得以快速擴張和推廣。上世紀90年代，研究發現J是控制大豆LJ性狀的關鍵位點，然而其編碼基因和分子調控機制一直未明確。
研究團隊通過正向遺傳學的方法圖位克隆了J基因，發現J基因是擬南芥EARLY FLOWERING 3 (ELF3)的同源基因，通過功能互補實驗和近等基因系等方法驗證了基因的功能。且在低緯度條件下(短日照條件)，突變型j與野生型J相比能提高大豆產量達30-50%。進一步研究表明，在短日照條件下，J蛋白能夠與大豆光周期開花的核心調控因子E1啟動子的LUX結合元件直接結合，進而抑制E1基因的表達，從而解除了E1對FT的抑制，促進FT基因的表達上調。同時，研究還發現J基因的表達受到光敏色素蛋白E3和E4的抑制，揭示了大豆特異的光周期調控開花的PHYA(E3E4)-J-E1-FT遺傳網絡(圖1)。群體遺傳學分析發現，J基因在適應低緯度大豆品種中至少存在著8種功能缺失型等位變異。J基因多種變異的產生是大豆適應低緯度地區和產量增加的重要進化機制，低緯度地區的環境壓力是J基因產生變異的主要驅動力。這些等位變異對大豆在低緯度地區的推廣和大豆生產必將起到重要的作用。
E3E4誘導調控E1是通過E3E4抑制調控J轉錄表達，然后J抑制調控E1轉錄表達來完成，J蛋白能夠直接結合到E1啟動子上抑制其表達，從而釋放了E1對FT轉錄抑制，而誘導大豆開花與成熟。
該項工作得到國家自然科學基金、重點研發計劃和中科院先導專項等項目資助，論文鏈接：http://www.nature.com/ng/journal/vaop/ncurrent/full/ng.3819.html。
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