植物生理学:大豆光周期现象的分子调控机制研究取得重要进展

来源：东北地理研究所2022年3月14日12:12

大豆是典型的光周期敏感短日作物，其生育期(花期和成熟期)和株型受光周期严格控制。短日照条件下，大豆生育期短，植株矮；在长日照条件下，大豆生育期延长，大豆茎节增多，植株高大。大豆的光周期敏感性缩小了单个大豆品种的适宜种植范围，导致许多优良品种推广范围小，使用困难，影响了我国大豆的稳产高产。中国科学院东北地理与农业生态研究所大豆分子设计与育种研究组

大豆是典型的光周期敏感短日作物，其生育期(花期和成熟期)和株型受光周期严格控制。短日照条件下，大豆生育期短，植株矮；在长日照条件下，大豆生育期延长，大豆茎节增多，植株高大。大豆的光周期敏感性缩小了单个大豆品种的适宜种植范围，导致许多优良品种推广范围小，使用困难，影响了我国大豆的稳产高产。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与育种研究组首次成功克隆了大豆中对光周期反应和生育期(花期和成熟期)贡献最大的基因(，夏等，2012)。编码豆科植物的转录因子E1是大豆光周期反应的核心调控因子，阐明介导开花途径的分子机制尤为重要。然而，目前，由E1调节的下游信号路径在很大程度上仍然是未知的。

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与育种团队在Plant Physiolgoy Goy上在线发表了一篇题为《大豆开花的光子调控中GMM基因桥接育性基因E1和fl起源》的研究论文。

本研究证实了E1编码的蛋白具有转录抑制活性。基于RNA-seq比较分析，7个GMMDE(e1下调的大豆Mads-box基因)基因在E1过表达中显著下调，但在CRISPR/Cas9介导的E1敲除突变体中显著上调。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基因型的反应。对GmMDE05和GmMDE06启动子的分析表明，E1直接与它们的启动子结合，增加H3K27me3的水平，从而表观遗传地抑制其表达。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，可以维持基因沉默。

随后，本研究针对GmMDE06，探讨GmMDEs基因在开花调控中的功能。其中一个GmMDE基因——GmMDE06的功能得到了验证。发现该基因的功能与E1相反，能促进大豆开花和成熟。GmMDE06的过量表达可以抑制结荚习性核心基因Dt1的表达，导致大豆茎尖提前开花和停止生长，从而导致主茎节数减少和植株矮化，导致大豆结荚习性的改变。

GmMDE06过表达上调大豆开花基因GmFT2a和GmFT5a的表达。此外，GmMDEs在GmFT2a或GmFT5a过表达植株中的表达量显著增加，GmMDE与GmFT2a/GmFT5a形成正向调控反馈环，促进大豆开花。这种反馈调节可以放大来自光周期的信号。综上所述，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机制。(100yiyao.com)

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