株型是决定作物产量的重要性状。以半矮秆利用为标志的绿色革命，提高了作物抗倒伏的能力，使水稻、玉米等作物可以通过密植提高单，促使种植面积快速扩张。然而，与水稻和小麦不同，大豆的株高是由节数和节间距决定，株高的降低往往伴随节数的减少。而大豆的荚（籽粒）附着于节上，节数的减少导致荚数的减少，限制了密植条件下单产的提升。因此，节间距缩短是大豆密植增产的理想株型性状。
近日，广州大学芦思佳教授联合中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员和中国农业科学院作物科学研究所刘斌研究员在Nature Communications在线发表了题为Soybean reduced internode 1 determines internode length and improves grain yield at dense planting的研究论文，解析了大豆节间距调控基因RIN1的作用机制，揭示了其在耐密高产大豆品种培育中的重要应用价值。
该研究在黑农35的γ-射线诱变库中筛选到一个节间距极短的突变体rin1（reduced internode 1）。利用rin1与黑河43（HH43）构建的F2群体，在12号染色体定位到一个控制节间距和株高的位点RIN1。精细定位结果表明，RIN1由拟南芥SUPPRESSOR OF PHYA 3 (SPA3)的同源基因编码。基因敲除及近等基因系的结果表明，rin1突变诱导节间距缩短，株高降低，但单株产量提升。进一步的研究证实：RIN1与STF1/STF2 （拟南芥ELONGATED HYPOCOTYL 5同源基因）互作并诱导STF1/STF2蛋白降解，导致STF1/STF2对GA2ox7a/GA2ox7b的诱导作用被抑制，从而增加内源赤霉素GA1的含量，诱导大豆节间距的伸长。rin1与STF/STF2的互作以及对STF1/STF2的降解能力减弱，从而导致其下游GA2ox7a/GA2ox7b基因的表达量上升，降低内源赤霉素GA1的含量，抑制节间距的伸长。
田间测产结果表明，在25万株/公顷、35万株/公顷和45万株/公顷的种植密度下，相较于野生型黑农35，rin1节间距明显缩短，株高明显降低，单株产量和区域产量大幅提升。可见， rin1是大豆密植增产的重要基因资源。
同时，我们研究发现，RIN1参与调控大豆的开花期和成熟期。在自然群体中，RIN1的基因编码区有3种单体型。它们不影响节间距及株高，但参与大豆开花期的调控，可为不同品种生育期改良提供借鉴。rin1突变体节间距缩短且产量提升，但不影响开花期，可以应用于世界不同区域紧凑株型大豆分子育种，是耐密高产品种培育的重要靶基因和种质资源。rin1的CRISPR敲除突变体不仅节间距缩短和单株产量提升，且表现为早花早熟，这为高纬度早熟、耐密、高产品种的培育以及南豆北移提供了关键的基因资源及育种新材料。
该工作对充分理解大豆节间距调控网络具有重要的科学意义，且该工作创制的rin1突变体及CRISPR敲除突变体为大豆密植高产新品种培育和解决兼具“早熟-高产”的矛盾具有重要育种利用价值。
广州大学李世晨博士后、孙智慧博士后、桑青教授及中国农业科学院作物科学研究所秦超博士为共同第一作者。广州大学芦思佳教授、孔凡江教授、刘宝辉教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所傅向东研究员及中国农业科学院作物科学研究所刘斌研究员为共同通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重大项目、国家自然科学基金青年项目和广东省基础与应用重点项目研究的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-023-42991-z
