中心刘宝辉/孔凡江课题组发现大豆GIGANTEA同时调控耐盐性和生育期
近日，广州大学刘宝辉/孔凡江课题组发现大豆GIGANTEA同源基因的功能缺失等位变异能够同时提高大豆对盐的耐性和促进大豆早花早熟。相关研究成果以 “Agronomical selection on loss-of-function of GIGANTEA simultaneously facilitates soybean salt tolerance and early maturity”为题在线发表在国际知名期刊Journal of Integrative Plant Biology上（Q1,IF=9.106）。
盐碱胁迫和开花期是限制作物生态适应性和产量的重要因素。随着盐浓度的增加作物的产量会逐渐降低，同时作物高产往往需要伴随着开花期和成熟期的延长。我国目前拥有各类具有农业利用前景的盐碱地总面积1.85亿亩，大豆对盐碱具有中度耐性，是可能有效利用这些盐碱地资源的重要作物之一。因此，在大豆中鉴定同时控制耐盐碱和开花期基因，将为培育早熟高产耐盐碱大豆提供重要理论基础。目前，在大豆中分别鉴定到了一些控制大豆耐盐性和开花期的关键位点，但能够同时控制大豆耐盐性和开花期基因的鉴定及分子机制的解析还未见报道。
E2调控大豆耐盐和开花的分子机制模式图
该研究以315份大豆种质资源为研究材料，分别在温室进行耐盐性鉴定和大田自然长日照条件下进行开花期鉴定，利用GWAS定位耐盐和开花遗传位点，在10染色体上定位到了一个同时控制大豆耐盐和开花期的遗传位点，进一步分析推测拟南芥GIGANTEA同源基因E2可能为控制该遗传位点的候选基因。通过转基因功能验证，发现e2CR 敲除突变体能够显著提高大豆植株耐盐性，同时促进大豆早花，而过表达E2的大豆根毛显著降低大豆的耐盐性。同时，对NIL-E2和NIL-e2-1近等基因系大豆材料进行表型鉴定，得到了相同的结果。以上结果表明，E2为10号染色体上，同时控制大豆耐盐性和开花期位点的编码基因。分子机制解析，发现E2的功能缺失等位变异能够促进控制大豆过氧化酶基因的表达，增强盐胁迫下大豆对ROS的清除能力，进而提高大豆对盐的耐性，同时，E2的功能缺失等位变异负调控E1的表达，进而提高FT2a基因的表达来促进大豆早花早熟。有趣的是，该研究发现E2的自然功能缺失等位变异在大豆适应高纬度和高盐碱地区存在共同选择的现象。
广州大学刘宝辉教授，孔凡江教授，讲师程群，副教授赵晓辉为该论文的共同通讯作者，广州大学副教授董利东，博士后侯智红，博士李海洋，吉林农业科技学院助理研究员李赵博为该论文的共同第一作者，刘宝辉/孔凡江团队近年来在大豆光周期调控开花研究中取得了一系列进展，进一步完善了以E1基因为关键节点的大豆开花分子调控网络，系统阐释了J和Tof16基因提高大豆低纬度适应性和遗传轨迹(Lu et al., Nat Genet, 2017, Dong et al., 2020)。Tof11和Tof12提高大豆中高纬度适应的多基因进化机制 (Lu et al., Nat Genet, 2020)，为大豆的纬度适应性研究和分子辅助设计育种提供了重要的理论依据和育种材料。该研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目和国家自然科学基金的资助。
参考文献：
1. Lu S, Dong L, Fang C, Liu S, Cheng Q, Kong L, Chen L, Su T, Nan H, Zhang D, Zhang L, Wang Z, Yang Y, Yu D, Liu X, Yang Q, Lin X, Tang Y, Zhao X, Yang X, Tian C, Xie Q, Li X, Yuan X, Tian Z, Liu B, Weller JL, Kong F (2020) Stepwise selection on homeologous PRR genes controlling flowering and maturity during soybean domestication. Nat Genet 52:428-436.
2. Lu S, Zhao X, Hu Y, Liu S, Nan H, Li X, Fang C, Cao D, Shi X, Kong L, Su T, Zhang F, Li S, Wang Z, Yuan X, Cober ER, Weller JL, Liu B, Hou X, Tian Z, Kong F. (2017) Natural variation at the soybean J locus improves adaptation to the tropics and enhances yield. Nat Genet 49: 773-779.
3. Dong L, Fang C, Cheng Q, Su T, Kou K, Kong L, Zhang C, Li H, Hou Z, Zhang Y, Chen L, Yue L, Wang L, Wang K, Li Y, Gan Z, Yuan X, Weller JL, Lu S, Kong F, Liu B (2021) Genetic basis and adaptation trajectory of soybean from its temperate origin to tropics. Nat Commun 12: 5445.
