東北地理所在控制大豆開花期基因研究取得新進展
生育期 (特別是開花期)是影響大豆品種分布和產(chǎn)量的重要因素之一，大豆生育期調(diào)控基因的挖掘和研究，對選育生態(tài)適應(yīng)性廣的優(yōu)良大豆品種至關(guān)重要。迄今，諸多調(diào)控大豆生育期的E系列基因已被克隆，它們的應(yīng)用提高了育種效率和產(chǎn)量，但是由于光周期調(diào)控大豆開花的復(fù)雜性，還有很多生育期重要基因未被發(fā)掘，具體調(diào)控機制仍不明確。
東北地理所大豆分子設(shè)計育種學(xué)科組長期致力于新的開花期基因發(fā)掘，助理研究員王飛飛利用Minsoy (E1e2e3E4)和Archer (e1ase2E3E4)雜交后構(gòu)建的MA重組自交系進行長日照條件下開花期QTL檢測，通過親本重測序和MA群體SLAF-seq，結(jié)合MA群體的花期表型，檢測到一個重要調(diào)控位點TOF7 (Time of Flowering 7)。進一步研究表明該位點由單基因控制，且編碼基因TOF7控制早花早熟，其候選基因為一個擬南芥光周期調(diào)控開花途徑中關(guān)鍵生物鐘基因的同源基因(圖1)。TOF7是一個新的控制大豆開花的位點，被世界大豆委員會命名為 E11，其E11/e11 的基因特征被大豆委員會所認(rèn)可。
李趙博博士利用全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome-wide association studies, GWAS）技術(shù)與擬南芥重要生物鐘基因進行同源比對的方法，在大豆中鑒定到一調(diào)控開花期新基因LNK2 (Night light-inducible and clock-regulated 2)。利用CRISPR/Cas9開發(fā)出LNK2基因的轉(zhuǎn)基因四重純合突變體，在長日照條件下，四重突變體的開花時間明顯早于野生型(圖2)。熒光定量PCR顯示，在長日照條件下，LNK2的轉(zhuǎn)錄水平明顯低于野生型。LNK2促進了豆類特異性E1基因的表達，并抑制了開花素FT2a的表達。這些結(jié)果表明，CRISPR/CAs9介導(dǎo)的4個LNK2基因的靶向突變縮短了大豆的開花時間。
圖1 E11基因的精細定位
圖2 LNK2基因突變體抑制開花
該研究的發(fā)現(xiàn)增加了控制大豆開花時間的新成員，將進一步完善大豆開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為大豆分子設(shè)計育種提供基因資源和理論依據(jù)。本研究獲得國家自然科學(xué)面上項目(No. 31972966)和國家重點研究開發(fā)項目(2017Y FD0101305)的資助。
Zhaobo Li, Qun Cheng, Zhuoran Gan et al., Multiplex CRISPR/Cas9-mediated knockout of soybean LNK2 advances flowering time. The Crop Journal, 2020, https://doi.org/10.1016/j.cj.2020.09.005
Feifei Wang, Haiyang Nan, Liyu Chenet al., A new dominant locus, E11, controls early flowering time. Molecular breeding, 2019, 39:70
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