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(jié)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(yōu)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(yè)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(yè)生態(tài)研究所大豆分子設計育種學科組在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，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(fā)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(fā)現，將E1敲除后大豆的結莢習性發(fā)生改變，突變體大豆的莖頂端提前開花，變?yōu)橛邢藿Y莢習性。同時發(fā)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(fā)表在國際期刊Frontiers in Plant Science上，東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所碩士研究生萬昭與東北農業(yè)大學聯合培養(yǎng)碩士研究生劉穎湘共同完成，翟紅副研究員為通訊作者，東北農業(yè)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(yōu)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
