東北地理所在大豆光敏色素功能研究方面取得進(jìn)展
株高和開花時(shí)間是影響大豆適應(yīng)性和產(chǎn)量的重要的農(nóng)藝性狀，這些性狀不僅受內(nèi)源遺傳因子的控制，而且還受到外界環(huán)境信號(hào)的影響。光信號(hào)作為主要的環(huán)境信號(hào)可以調(diào)節(jié)植物的形態(tài)建成和生長(zhǎng)發(fā)育，植物通過(guò)光受體來(lái)感知光質(zhì)和光強(qiáng)變化從而調(diào)節(jié)植物體內(nèi)下游基因的表達(dá)。其中，光敏色素是一類研究最為廣泛的可吸收紅光和遠(yuǎn)紅光的光受體，在植物的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用，因此，對(duì)光敏色素的功能及其對(duì)大豆農(nóng)藝性狀調(diào)控的研究尤為重要。
本研究通過(guò)正向遺傳學(xué)方法，篩選得到大豆節(jié)間伸長(zhǎng)及開花時(shí)間提前的突變體Gmlin1（Glycine max long internode1）。通過(guò)BSA測(cè)序方法定位候選基因GmHY2a，該基因編碼大豆光敏色素生色團(tuán)合成途徑中的PΦB合成酶。本研究證明GmHY2a突變后影響了光敏色素蛋白在細(xì)胞核中的積累，從而影響植株在紅光及遠(yuǎn)紅光下的光形態(tài)建成。此外，Gmlin1突變體在正常光照下表現(xiàn)出組成型避蔭反應(yīng)，但在模擬避蔭條件下比野生型表現(xiàn)得更耐蔭，這為大豆密植和間作提供了理論參考；同時(shí)，Gmlin1突變體在長(zhǎng)日照處理下開花時(shí)間顯著提前，對(duì)光周期的敏感性降低，為大豆種植向高緯度地區(qū)擴(kuò)張?zhí)峁┝擞N材料和基因資源。該研究表明GmHY2a在大豆光敏色素生物合成以及大豆種植適應(yīng)性中發(fā)揮重要作用，該研究工作增加了對(duì)光敏色素信號(hào)介導(dǎo)大豆生長(zhǎng)發(fā)育的理解，并提出了光誘導(dǎo)的表型可塑性在改良潛在農(nóng)藝性狀中的重要性。
圖1. 大豆野生型Williams 82和突變體Gmlin1的表型差異
該研究結(jié)果以題為“GmHY2a encodes a phytochromobilin synthase that regulates internode length and flowering time in soybean”發(fā)表在國(guó)際期刊Journal of Experimental Botany上。中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士研究生張芷睿為第一作者，楊素欣研究員為通訊作者。此項(xiàng)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院和海南崖州灣種子實(shí)驗(yàn)室的資助。
論文信息：
Zhirui Zhang, Suxin Yang*, Qiushi Wang, Hui Yu, Beifang Zhao, Tao Wu, Kuanqiang Tang, Jingjing Ma, Xinjing Yang, Xianzhong Feng. (2022). GmHY2a encodes a phytochromobilin synthase that regulates internode length and flowering time in soybean. Journal of Experimental Botany.
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