東北地理所在E1調(diào)控大豆株型響應(yīng)光周期研究方面取得進(jìn)展
“采菽采菽，筐之莒之。”兩千多年前收獲大豆的場(chǎng)景隨著詩(shī)句浮入眼前。大豆古稱菽，起源于中國(guó)，且在我國(guó)已有五千年的栽培史，現(xiàn)在已遍布世界各地，成為各國(guó)十分重要的糧油作物。
大豆是典型的光周期敏感短日作物，大豆生育期（開(kāi)花期與成熟期）及株型都嚴(yán)格受光周期調(diào)控。短日照條件下，大豆的生育期短，植株矮小，長(zhǎng)日條件下大豆的生育期延長(zhǎng)，植株莖節(jié)增多，植株高大。大豆光周期敏感性使單個(gè)大豆品種適宜種植范圍狹窄，造成了許多優(yōu)良品種的推廣范圍小，有“寶”難用。E1位點(diǎn)對(duì)調(diào)控光周期反應(yīng)及開(kāi)花期的貢獻(xiàn)值最大，是光周期反應(yīng)及生育期調(diào)控的中樞，該基因像開(kāi)關(guān)一樣調(diào)控著大豆光周期反應(yīng)。基因編輯技術(shù)是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的5G技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)作物的精準(zhǔn)改良，且不會(huì)插入外源基因，所得作物被一些國(guó)家認(rèn)定為非轉(zhuǎn)基因作物。利用基因編輯技術(shù)將E1基因敲除后，是否可以關(guān)閉大豆的光周期反應(yīng)，獲得光周期不敏感的大豆材料？
近日，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設(shè)計(jì)育種學(xué)科組在Frontiers in Plant Science在線發(fā)表了題為CRISPR/Cas9-mediated targeted mutation of the E1 decreases photoperiod sensitivity, alters stem growth habits, and decreases branch number in soybean的研究論文。該研究利用基因編輯技術(shù)，將國(guó)審大豆品種天隆1號(hào)中的E1基因進(jìn)行敲除，獲得了無(wú)外源基因插入的e1突變體。e1突變體的光周期敏感性顯著降低，但仍然對(duì)光周期敏感，將E1敲除后并沒(méi)有完全關(guān)閉大豆的光周期反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，突變體中E1的同源基因E1-La 與 E1-Lb的表達(dá)量顯著上調(diào)表達(dá)，這說(shuō)明E1及其同源基因E1-La 與 E1-Lb間存在遺傳補(bǔ)償效應(yīng)。
天隆1號(hào)大豆攜帶有顯性E1基因型，以此大豆品種為背景將E1敲除后獲得的突變體，可以更好的研究E1基因的功能。以往對(duì)E1基因功能的研究多是利用過(guò)量表達(dá)或在攜帶有隱性e1-as基因型的大豆品種中將E1進(jìn)行敲除，且主要關(guān)注E1在生育期調(diào)控中的作用。本研究發(fā)現(xiàn)，將E1敲除后大豆的結(jié)莢習(xí)性發(fā)生改變，突變體大豆的莖頂端提前開(kāi)花，變?yōu)橛邢藿Y(jié)莢習(xí)性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，E1敲除后大豆的分枝數(shù)顯著降低，本研究首次在遺傳角度證明了E1在大豆株型調(diào)控中的作用，并利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序初步揭示了E1在株型調(diào)控中的機(jī)制。
該研究成果近期發(fā)表在國(guó)際期刊Frontiers in Plant Science上，東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所碩士研究生萬(wàn)昭與東北農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生劉穎湘共同完成，翟紅副研究員為通訊作者，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)柏錫團(tuán)隊(duì)參加了部分工作。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、黑龍江省自然科學(xué)基金優(yōu)青項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院青年科學(xué)家小組項(xiàng)目及海南崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合資助。
論文信息如下：
論文鏈接：
https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1066820
圖1.野生型大豆天隆1號(hào)與 e1基因編輯突變體與的表型差異
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吉公網(wǎng)安備22017302000214號(hào)
