東北地理所成功克隆新型調(diào)控大豆營養(yǎng)生長期長度的新基因QNE1
開花標志著營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(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，通過經(jīng)典遺傳學方法，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花的功能，是控制大豆生育期的主要基因。同時，以E1通路相關(guān)的基因及機理已經(jīng)逐步明確。尋求不同類型調(diào)控大豆開花的因子，特別是不受光周期影響的遺傳因子對于培育廣適應性品種尤為重要。
中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設(shè)計育種實驗室夏正俊團隊利用我國廣適應性的大豆品種中黃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號制備的兩個遺傳群體中，同時在6號染色體上E1附近初步定位到一個新的開花期QTL，QNE1(Major QTL Near E1），在巖姬（Iwahime）×綏農(nóng)10號的群體中，其控制開花的效益與E4位點相當。經(jīng)對兩個遺傳群體分別進行精細定位，確定了Glyma.06G23400 是候選基因， 該基因編輯TCP類轉(zhuǎn)錄因子。對已測序的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花期顯著相關(guān)。同時，Glyma.06G204300蛋白主要存在于大豆細胞核中。轉(zhuǎn)基因大豆（圖1A）呈早花表型。同時，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），進一步豐富了大豆開花調(diào)控多樣性，同時為通過分子設(shè)計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的功能驗證與分子模型。
A：過表達Qne1大豆呈早花表型。W82：野生型Williams 82品種; SQZ#L51與SQZ#L66, 為過表達Qne1 植株。 B-C, 過表達Qne1油菜促進開花與引致葉形態(tài)變化。B：野生型油菜品種K407， C:過表達Qne1油菜植株。D：Qne1功能的模型圖。 與日照時長密切相關(guān)的E1光周期開花通路相比，Qne1通路調(diào)控植物開花不受光周期所調(diào)控。同時Qne1 還調(diào)控植物葉片形態(tài)。
本研究得到了中國科學院先導項目（A）“種子精準設(shè)計與創(chuàng)造”、“黑土糧倉”科技會戰(zhàn)、重點部署項目及國家自然科學基金項目資助。
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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