解开光周期密码助力大豆变“金豆”

　　大多数一年生植物的开花周期取决于每日日照时间的长短，而大豆是对光周期极为敏感的典型短日照作物，一般只适宜种植于纬度跨度较小的区域内，适宜种植范围狭窄。

　　大豆的这种特性，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产量。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。

　　2012年，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（以下简称课题组）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，随后这些年，课题组陆续完成了E2、E3、E4等主要生育期基因的克隆。

　　E1是编码豆科植物的特异性转录因子，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，课题组在美国《植物生理学》上在线发表论文称，他们证实E1编码蛋白具有转录抑制活性。课题组基于RNA-seq这一转录组测序技术，分析发现有7个GmMDE基因的水平，在E1过表达时显著下调，而在用基因编辑技术CRISPR/Cas9敲除E1的突变株中显著上调。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发现，E1可直接与启动子结合以增加组蛋白H3K27me3水平，从而在表观遗传上抑制E1的表达，让E1处于沉默状态。

　　随后课题组还发现，GmMDE06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能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，让生长终止，导致主茎节数减少、植株变矮。

　　过表达GmMDE06能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，GmMDE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。

　　中央一号文件提出，大力实施大豆和油料产能提升工程。提升大豆产能工程，要坚持扩面积、提单产双轮驱动。如何提单产？育种是关键。课题组的最新研究，揭示了大豆开花周期的调控机制，为育出高产优质大豆新品种提供了新思路，助力大豆变金豆。

　　大多数一年生植物的开花周期取决于每日日照时间的长短，而大豆是对光周期极为敏感的典型短日照作物，一般只适宜种植于纬度跨度较小的区域内，适宜种植范围狭窄。

　　大豆的这种特性，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产量。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。

　　2012年，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（以下简称课题组）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，随后这些年，课题组陆续完成了E2、E3、E4等主要生育期基因的克隆。

　　E1是编码豆科植物的特异性转录因子，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，课题组在美国《植物生理学》上在线发表论文称，他们证实E1编码蛋白具有转录抑制活性。课题组基于RNA-seq这一转录组测序技术，分析发现有7个GmMDE基因的水平，在E1过表达时显著下调，而在用基因编辑技术CRISPR/Cas9敲除E1的突变株中显著上调。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发现，E1可直接与启动子结合以增加组蛋白H3K27me3水平，从而在表观遗传上抑制E1的表达，让E1处于沉默状态。

　　随后课题组还发现，GmMDE06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能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，让生长终止，导致主茎节数减少、植株变矮。

　　过表达GmMDE06能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，GmMDE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。

　　中央一号文件提出，大力实施大豆和油料产能提升工程。提升大豆产能工程，要坚持扩面积、提单产双轮驱动。如何提单产？育种是关键。课题组的最新研究，揭示了大豆开花周期的调控机制，为育出高产优质大豆新品种提供了新思路，助力大豆变金豆。