東北地理所成功克隆新型調(diào)控大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)期長(zhǎng)度的新基因QNE1
開(kāi)花標(biāo)志著營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變，是作物重要農(nóng)藝性狀之一。大豆是典型的光周期敏感短日照作物，通過(guò)經(jīng)典遺傳學(xué)方法，先后已成功克隆了E1、E2、E3、E4、J、qFT12-1等主效基因。大豆中E1基因具有抑制大豆開(kāi)花的功能，是控制大豆生育期的主要基因。同時(shí)，以E1通路相關(guān)的基因及機(jī)理已經(jīng)逐步明確。尋求不同類型調(diào)控大豆開(kāi)花的因子，特別是不受光周期影響的遺傳因子對(duì)于培育廣適應(yīng)性品種尤為重要。
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)育種實(shí)驗(yàn)室夏正俊團(tuán)隊(duì)利用我國(guó)廣適應(yīng)性的大豆品種中黃13×北方主栽品種黑農(nóng)51、日本栽培品種巖姬（Iwahime）×北方主栽品種綏農(nóng)10號(hào)制備的兩個(gè)遺傳群體中，同時(shí)在6號(hào)染色體上E1附近初步定位到一個(gè)新的開(kāi)花期QTL，QNE1(Major QTL Near E1），在巖姬（Iwahime）×綏農(nóng)10號(hào)的群體中，其控制開(kāi)花的效益與E4位點(diǎn)相當(dāng)。經(jīng)對(duì)兩個(gè)遺傳群體分別進(jìn)行精細(xì)定位，確定了Glyma.06G23400 是候選基因， 該基因編輯TCP類轉(zhuǎn)錄因子。對(duì)已測(cè)序的700多份品種的單倍型分析發(fā)現(xiàn)，其非同義突變與大豆開(kāi)花期顯著相關(guān)。同時(shí)，Glyma.06G204300蛋白主要存在于大豆細(xì)胞核中。轉(zhuǎn)基因大豆（圖1A）呈早花表型。同時(shí)，轉(zhuǎn)基因油菜不僅引致早花還可引起油菜葉型的變化（圖1B-C）。
本研究揭示了與光周期E1通路迥異的基因調(diào)控通路（圖1D），進(jìn)一步豐富了大豆開(kāi)花調(diào)控多樣性，同時(shí)為通過(guò)分子設(shè)計(jì)育種培育廣適性大豆栽培品種奠定了重要的基礎(chǔ)。
圖1：新型大豆生育期基因Qne1的功能驗(yàn)證與分子模型。
A：過(guò)表達(dá)Qne1大豆呈早花表型。W82：野生型Williams 82品種; SQZ#L51與SQZ#L66, 為過(guò)表達(dá)Qne1 植株。 B-C, 過(guò)表達(dá)Qne1油菜促進(jìn)開(kāi)花與引致葉形態(tài)變化。B：野生型油菜品種K407， C:過(guò)表達(dá)Qne1油菜植株。D：Qne1功能的模型圖。 與日照時(shí)長(zhǎng)密切相關(guān)的E1光周期開(kāi)花通路相比，Qne1通路調(diào)控植物開(kāi)花不受光周期所調(diào)控。同時(shí)Qne1 還調(diào)控植物葉片形態(tài)。
本研究得到了中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目（A）“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造”、“黑土糧倉(cāng)”科技會(huì)戰(zhàn)、重點(diǎn)部署項(xiàng)目及國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。
夏正俊研究組翟紅副研究員為本人共同第一作者，已畢業(yè)的學(xué)生王亞英、王露、陜西省油菜中心張彥峰、江蘇省農(nóng)科院陳新、楊加銀等參與完成相關(guān)的研究工作。中科院東北地理所夏正俊與中科院遺傳發(fā)育所田志喜為本文的共同通訊作者。
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