東北地理所與合作單位聯(lián)合攻關(guān)取得大豆馴化研究突破性成果
中國科學(xué)院大豆分子設(shè)計(jì)育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孔凡江/劉寶輝研究團(tuán)隊(duì)，對大豆開花多年以來進(jìn)行了長期系統(tǒng)和深入的研究，以東北地理所為第二單位最近在國際頂級雜志Nature Genetics發(fā)表了題為“Stepwise selection on homeologous PRR genes controlling flowering and maturity during soybean domestication”，首次在基因水平證明了“農(nóng)作物馴化綜合癥”的發(fā)生。
團(tuán)隊(duì)利用大數(shù)據(jù)基因組學(xué)分析、生物信息學(xué)和經(jīng)典正向遺傳學(xué)相結(jié)合的方法，發(fā)掘了兩個控制開花時間的關(guān)鍵位點(diǎn)Tof11和Tof12，并證明tof12的功能缺失突變首先被強(qiáng)烈選擇，使大豆開花期提前，之后tof11的功能缺失型突變的發(fā)生，在tof12基礎(chǔ)上再次受到選擇，從而進(jìn)一步縮短了栽培大豆的開花期和生育期，提高了栽培大豆的適應(yīng)性和種植（圖1）。該研究首次系統(tǒng)報(bào)道了作物馴化過程中開花期基因的進(jìn)化與選擇分子機(jī)制。
我所曾于2017年在Nature Genetics上先期報(bào)道了大豆長童期基因J的克隆及進(jìn)化機(jī)制研究成果“Natural variation at the soybean J locus improves adaptation to the tropics and enhances yield”。發(fā)現(xiàn)J基因功能缺失使大豆在短日照條件下仍能保持相對較長的營養(yǎng)生長，獲得高產(chǎn)，使大豆種植在低緯度（尤其是南美地區(qū)）得以快速擴(kuò)張，改變了世界大豆生產(chǎn)格局（圖2）。兩篇文章相互補(bǔ)充，為大豆品種適應(yīng)性和產(chǎn)量分子育種提供了重要的理論依據(jù)和應(yīng)用基礎(chǔ)。
圖1 大豆光周期開花和產(chǎn)量形成的分子模式圖 圖2 大豆適應(yīng)熱帶短日照地區(qū)的模式圖
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[1] Lu S, Dong L, Fang C, Liu S, Cheng Q, Kong L, Chen L, Su T, Nan H, Zhang D, Zhang L, Wang Z, Yang Y, Yu D, Liu X, Yang Q, Lin X, Tang Y, Zhao X, Yang X, Tian C, Xie Q, Li X, Yuan X, Tian Z, Liu B, Weller JL, Kong F (2020) Stepwise selection on homeologous PRR genes controlling flowering and maturity during soybean domestication. Nat Genet https://doi.org/10.1038/s41588-020-0604-7
[2] Lu S, Zhao X, Hu Y, Liu S, Nan H, Li X, Fang C, Cao D, Shi X, Kong L, Su T, Zhang F, Li S, Wang Z, Yuan X, Cober ER, Weller JL, Liu B, Hou X, Tian Z, Kong F. (2017) Natural variation at the soybean J locus improves adaptation to the tropics and enhances yield. Nat Genet 49: 773-779.
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