破译大豆光周期“密码” 我们又进了一步

通讯员 殷丽娅 科技日报记者 杨仑

大多数一年生植物的开花取决于每日日照时间的长短，而大豆是光周期极为敏感的典型短日照作物，单个品种或种质资源一般只适宜种植于纬度跨度较小的区域内，单个大豆品种适宜种植范围狭窄。

大豆这种“特殊”的特性，使得许多优良品种只能在小范围内推广，有“宝”不能用，直接影响了我国大豆的稳定和高产。

多年来，我国科研工作者始终致力于解开这道“难题”，而今又有了最新进展。

从2012年开始，中国科学院东北地理与农业生态研究所大豆分子设计育种课题组首次在大豆中成功克隆了对光周期反应及生育期（开花期及成熟期）贡献最大的基因E1；随后陆续完成了E2、E3、E4等主要生育期基因的克隆。

E1编码豆科植物特异性转录因子，是大豆光周期响应的核心调控因子，阐明其介导开花途径的分子机制尤为重要。然而，目前有关E1所调控的下游信号通路在很大程度上仍是未知的。

近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所大豆分子设计育种团队在Plant Physiology上在线发表了研究论文。

研究证实E1编码蛋白具有转录抑制活性。基于RNA-seq比较分析发现，有7个GmMDE基因在E1过表达时显著下调，而在CRISPR/Cas9介导的e1敲除突变株中显著上调。这些GmMDE基因表现出相似的组织特异性和表达模式，包括对光周期、E1表达和E1基因型的响应。以GmMDE05和GmMDE06的启动子为代表进行分析表明，E1直接与其启动子结合以增加H3K27me3水平，从而在表观遗传上抑制其表达。组蛋白H3K27 me3翻译后共价修饰是表观遗传调控的重要方式之一，可以维持基因的沉默状态。

随后本研究以GmMDE06为目标，探索GmMDEs基因在开花期调控中的功能。对其中一个GmMDE基因——GmMDE06进行了功能验证，发现该基因的功能与E1相反，具有促进大豆开花与成熟的作用。过量表达GmMDE06通过抑制结荚习性核心基因Dt1的表达，引起大豆的茎顶提前开花，终止生长，导致主茎节数减少，植株变矮，致使大豆的结荚习性发生改变。

GmMDE06的过表达使大豆中开花素基因GmFT2a和GmFT5a的表达上调。此外，在GmFT2a或GmFT5a过表达植株中GmMDEs的表达显著增加，GmMDE与GmFT2a/GmFT5a形成了一个促进大豆开花的正调节反馈回路。这种反馈调节，可以放大来自光周期的信号。综上，E1-GmMDEs-GmFT2a/5a-Dt1信号通路的发现阐明了大豆通过调节开花时间和开花后结荚习性来响应光周期的作用机制。

中国科学院东北地理与农业生态研究所翟红副研究员为文章的第一作者，夏正俊研究员为文章的通讯作者。东北农业大学柏锡教授团队、广州大学孔凡江教授团队、北京大学罗晓教授参加了部分工作。