東北地理所在碳離子束輻照誘變大豆效應(yīng)及育種研究中取得重要進(jìn)展
重離子束是一種新型育種誘變劑，相比于其他誘變源，重離子具有較高的傳能線密度（Linear Energy Transfer，簡稱LET）和生物學(xué)效應(yīng)（Relative Biological Effectiveness，簡稱RBE），可以在較高的存活率下獲得相對較高的突變率和較寬的突變譜，由此創(chuàng)造優(yōu)異的突變體。碳離子束作為重離子束中的一種，在中草藥、高粱、小麥和花卉等作物育種中應(yīng)用較多，并且產(chǎn)生了較好的誘變效果，但在大豆上應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道較少。
東北地理所張秋英研究團(tuán)隊(duì)與近代物理所合作，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0102105）、中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃（STS計(jì)劃）（KFJ-STS-QYZX-126）和中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)計(jì)劃（XDA24030403-3）項(xiàng)目的資助下，以不同劑量碳離子束輻照大豆種子構(gòu)建了篩選群體，在表型水平和生理水平探討了碳離子束輻照大豆的誘變效應(yīng)，并以Seq-BSA混池測序結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序的方法進(jìn)一步對篩選獲得的特異性大豆卷葉短葉柄突變體（rlsp1）進(jìn)行了分子機(jī)制的研究。博士研究生王雪等研究發(fā)現(xiàn)，碳離子束輻照誘變大豆可以誘發(fā)類型豐富的變異，包括株高、生育期、品質(zhì)性狀籽粒大小、抗倒伏以及產(chǎn)量等變異，同時(shí)結(jié)合表型變異、生理指標(biāo)、出苗率和成活率等，提出120Gy（80Mev/u）是碳離子束輻照誘變大豆中比較合適的輻照劑量。對突變體rlsp1的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，葉柄韌皮部結(jié)構(gòu)的異常發(fā)育、生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的抑制、微管和碳水化合物代謝的相關(guān)途徑與rlsp1的形成密切相關(guān)，并且在3、6、8、13和17號染色體上定位了10個(gè)候選區(qū)域，總共6.47Mb，包含790個(gè)基因，研究認(rèn)為，Glyma.03G128600作為擬南芥BOP（BLADE ON PETIOLES）基因的直系同源基因，可能是引起rlsp1變異的關(guān)鍵候選基因。該研究對促進(jìn)碳離子束輻照誘變在大豆育種中的應(yīng)用以及大豆短葉柄和卷葉性狀的基因定位研究具有重要意義。
在碳離子束輻照誘變大豆機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用碳離子束輻照誘變育種和雜交育種結(jié)合的方法，選育了中科毛豆3號（黑審豆：2019Z0019，吉審豆：20200022）和中科毛豆4號（黑審豆：2019Z0005）兩個(gè)品種，并全部轉(zhuǎn)讓給企業(yè)銷售，在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用推廣，明顯的提高了農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，對農(nóng)民的脫貧致富及大豆產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了促進(jìn)作用。
圖1. 碳離子束輻照誘變大豆獲得的典型突變體
圖 2. 大豆卷葉和短葉柄的形成的生理和分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型
該研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊Agriculture和 Journal of Plant Biology上。
論文信息：
Wang, X.; Liu, C.-K.; Tu, B.-J.; Li, Y.-S.; Zhang, Q.-Y.; Liu, X.-B. Effects of Carbon Ion Beam Irradiation on Phenotypic Variations and Biochemical Parameters in Early Generations of Soybean Plants. Agriculture 2021, 11, 98.
https://doi.org/10.3390/agriculture11020098
Wang, X.; Liu, C.-K.; Tu, B.-J.; Li, Y.-S.; Chen, H.; Zhang, Q.-Y.; Liu, X.-B. Characterization on a Novel Rolled Leaves and Short Petioles Soybean Mutant Based on Seq-BSA and RNA-Seq Analysis. Journal of Plant Biology.
https://doi.org/10.1007/s12374-020-09295-x
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