東北地理所在E1調控大豆株型響應光周期研究方面取得進展
“采菽采菽，筐之莒之。”兩千多年前收獲大豆的場景隨著詩句浮入眼前。大豆古稱菽，起源于中國，且在我國已有五千年的栽培史，現在已遍布世界各地，成為各國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（開花期與成熟期）及株型都嚴格受光周期調控。短日照條件下，大豆的生育期短，植株矮小，長日條件下大豆的生育期延長，植株莖節增多，植株高大。大豆光周期敏感性使單個大豆品種適宜種植范圍狹窄，造成了許多優良品種的推廣范圍小，有“寶”難用。E1位點對調控光周期反應及開花期的貢獻值最大，是光周期反應及生育期調控的中樞，該基因像開關一樣調控著大豆光周期反應。基因編輯技術是農業領域的5G技術可實現對作物的精準改良，且不會插入外源基因，所得作物被一些國家認定為非轉基因作物。利用基因編輯技術將E1基因敲除后，是否可以關閉大豆的光周期反應，獲得光周期不敏感的大豆材料？
近日，中國科學院東北地理與農業生態研究所大豆分子設計育種學科組在Frontiers in Plant Science在線發表了題為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，將國審大豆品種天隆1號中的E1基因進行敲除，獲得了無外源基因插入的e1突變體。e1突變體的光周期敏感性顯著降低，但仍然對光周期敏感，將E1敲除后并沒有完全關閉大豆的光周期反應。進一步研究發現，突變體中E1的同源基因E1-La 與 E1-Lb的表達量顯著上調表達，這說明E1及其同源基因E1-La 與 E1-Lb間存在遺傳補償效應。
天隆1號大豆攜帶有顯性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E1基因功能的研究多是利用過量表達或在攜帶有隱性e1-as基因型的大豆品種中將E1進行敲除，且主要關注E1在生育期調控中的作用。本研究發現，將E1敲除后大豆的結莢習性發生改變，突變體大豆的莖頂端提前開花，變為有限結莢習性。同時發現，E1敲除后大豆的分枝數顯著降低，本研究首次在遺傳角度證明了E1在大豆株型調控中的作用，并利用轉錄組測序初步揭示了E1在株型調控中的機制。
該研究成果近期發表在國際期刊Frontiers in Plant Science上，東北地理與農業生態研究所碩士研究生萬昭與東北農業大學聯合培養碩士研究生劉穎湘共同完成，翟紅副研究員為通訊作者，東北農業大學柏錫團隊參加了部分工作。本研究得到國家自然科學基金項目、黑龍江省自然科學基金優青項目、中國科學院青年科學家小組項目及海南崖州灣種子實驗室聯合資助。
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號與 e1基因編輯突變體與的表型差異
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吉公網安備22017302000214號
