東北地理所在碳離子束輻照誘變大豆效應及育種研究中取得重要進展
重離子束是一種新型育種誘變劑，相比于其他誘變源，重離子具有較高的傳能線密度（Linear Energy Transfer，簡稱LET）和生物學效應（Relative Biological Effectiveness，簡稱RBE），可以在較高的存活率下獲得相對較高的突變率和較寬的突變譜，由此創造優異的突變體。碳離子束作為重離子束中的一種，在中草藥、高粱、小麥和花卉等作物育種中應用較多，并且產生了較好的誘變效果，但在大豆上應用的相關報道較少。
東北地理所張秋英研究團隊與近代物理所合作，在國家重點研發計劃（2016YFD0102105）、中國科學院科技服務網絡計劃（STS計劃）（KFJ-STS-QYZX-126）和中科院戰略先導計劃（XDA24030403-3）項目的資助下，以不同劑量碳離子束輻照大豆種子構建了篩選群體，在表型水平和生理水平探討了碳離子束輻照大豆的誘變效應，并以Seq-BSA混池測序結合轉錄組測序的方法進一步對篩選獲得的特異性大豆卷葉短葉柄突變體（rlsp1）進行了分子機制的研究。博士研究生王雪等研究發現，碳離子束輻照誘變大豆可以誘發類型豐富的變異，包括株高、生育期、品質性狀籽粒大小、抗倒伏以及產量等變異，同時結合表型變異、生理指標、出苗率和成活率等，提出120Gy（80Mev/u）是碳離子束輻照誘變大豆中比較合適的輻照劑量。對突變體rlsp1的進一步研究發現，葉柄韌皮部結構的異常發育、生長素信號轉導途徑的抑制、微管和碳水化合物代謝的相關途徑與rlsp1的形成密切相關，并且在3、6、8、13和17號染色體上定位了10個候選區域，總共6.47Mb，包含790個基因，研究認為，Glyma.03G128600作為擬南芥BOP（BLADE ON PETIOLES）基因的直系同源基因，可能是引起rlsp1變異的關鍵候選基因。該研究對促進碳離子束輻照誘變在大豆育種中的應用以及大豆短葉柄和卷葉性狀的基因定位研究具有重要意義。
在碳離子束輻照誘變大豆機理研究的基礎上，運用碳離子束輻照誘變育種和雜交育種結合的方法，選育了中科毛豆3號（黑審豆：2019Z0019，吉審豆：20200022）和中科毛豆4號（黑審豆：2019Z0005）兩個品種，并全部轉讓給企業銷售，在生產上大面積應用推廣，明顯的提高了農民經濟收入，對農民的脫貧致富及大豆產業的可持續發展起到了促進作用。
圖1. 碳離子束輻照誘變大豆獲得的典型突變體
圖 2. 大豆卷葉和短葉柄的形成的生理和分子調控網絡模型
該研究結果發表在國際期刊Agriculture和 Journal of Plant Biology上。
論文信息：
Wang, X.; Liu, C.-K.; Tu, B.-J.; Li, Y.-S.; Zhang, Q.-Y.; Liu, X.-B. Effects of Carbon Ion Beam Irradiation on Phenotypic Variations and Biochemical Parameters in Early Generations of Soybean Plants. Agriculture 2021, 11, 98.
https://doi.org/10.3390/agriculture11020098
Wang, X.; Liu, C.-K.; Tu, B.-J.; Li, Y.-S.; Chen, H.; Zhang, Q.-Y.; Liu, X.-B. Characterization on a Novel Rolled Leaves and Short Petioles Soybean Mutant Based on Seq-BSA and RNA-Seq Analysis. Journal of Plant Biology.
https://doi.org/10.1007/s12374-020-09295-x
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