大豆的開花時間和株型結構是對光周期極為敏感的，這限制了大豆優良品種的引種推廣以及產量的提高。眾所周知，光信號通過光敏色素A（E3/E4）調節一個生物鐘夜間復合物（EC）關鍵組分J，以控制光周期性開花。然而，其分子機制仍不清楚。
近日，中國農業科(ke)學院作科(ke)所和廣州(zhou)大學的聯合研究(jiu)團隊在(zai)《PNAS》在(zai)線(xian)發(fa)表了(le)題為(wei)“GmEID1 modulates light signaling through the Evening Complex to control flowering time and yield in soybean”的研究(jiu)論文(wen)，介紹了(le)研究(jiu)團隊發(fa)現大豆GmEID1蛋白作為連接E3/E4感知的光信號和生物鐘夜間復合物（EC）的橋梁，參與調控大豆開花抑制因子E1基因表達。此外，研究發現GmEID1可作為調節大豆開花時間的目標位點，在通過基因編輯和常規育種改良大豆的生態區適應性和產量方面有很大的潛力。1、GmEID1是開花期的調控因子（圖1）。在長日照（LD）條件下，大豆編碼光敏色素A識別蛋白的E3和E4基因會促進豆科植物特異的開花抑制子E1的表達，導致花期延遲。研究團隊通過RNA-seq方法挖掘到一個與E1相反的節律性表達模式的基因GmEID1，與擬南芥中的EID1（AtEID1）基因同源（該基因編碼一個F-box蛋白，參與PHYA介導的光信號傳導途徑）。與J基因類似，GmEID1基因在地上組織高度表達（包括葉片和嫩梢組織），其亞細胞信號定位于細胞核中，這表明GmEID1很有可能參與大豆中GmPHYA介導的光信號傳導途徑。為了驗證這一猜想，研究團隊構建了Tianlong1（TL1）遺傳背景下的CRISPR/Cas9突變體Gmeid1-1和Gmeid1-2、Williams82（W82）遺傳背景下的CRISPR/Cas9突變體Gmeid1-3和Gmeid1-4、Tianlong1（TL1）遺傳背景下的35S::YFP-GmEID1過表達材料。表型分析結果顯示，在LD和SD條件下GmEID1基因敲除或者過表達分別會引起明顯的晚花或早花表型（圖1 B-D）。這表明GmEID1基因調控大豆的開花與光周期無關。
圖1 GmEID1是一個開花增強子基(ji)因
2、GmEID1抑制E1的轉錄（圖2）。為了深入了解GmEID1是如何促進開花的，研究團隊比較了在LD或SD條件下野生型TL1和Gmeid1突變體中關鍵開花基因的晝夜表達水平。qRT-PCR結果表明，與TL1相比，GmFT2a和GmFT5a的mRNA水平在Gmeid1突變體中要低得多（圖2 A-D）。但與TL1相比，GmEID1過表達品系中的GmFT2a和GmFT5a的mRNA轉錄水平有所增加。同樣的，E1 的mRNA轉錄水平在Gmeid1突變體中被顯著上調（圖2 E-F），在GmEID1過表達品系中則下調。有趣的是，E1上游的生物鐘組份基因J、GmCCA1a和GmPRR3b并沒有在晝夜條件下表現出明顯的變化，Gmeid1突變體和GmEID1過表達品系中均是如此。上述結果表明，GmEID1基因通過抑制E1的表達來促進大豆開花。
圖2 開花期相關基因在敲除突變體和對照材料中(zhong)的時間性表達
3、GmEID1與J互作促進開花（圖3）。鑒于GmEID1和J在(zai)抑制E1表(biao)達以及(ji)促進開花方面(mian)有相(xiang)似的(de)表(biao)現，再(zai)加(jia)上(shang)在(zai)Gmeid1突變體和GmEID1過表(biao)達品系中J的(de)表(biao)達都(dou)沒有明顯(xian)的(de)變化，研究團隊推測GmEID1可能通過與J的相互作(zuo)用(yong)(yong)而發揮(hui)作(zuo)用(yong)(yong)。與(yu)(yu)這一假設相一致的(de)是，β-半乳糖苷(gan)酶活性試驗(yan)表(biao)明(ming)，GmEID1不(bu)僅與(yu)(yu)J/GmELF3a相互(hu)作用（圖(tu)3A），而且還與(yu)(yu)其他兩(liang)個ELF3同源(yuan)蛋(dan)白GmELF3b-1和(he)GmELF3b-2相互(hu)作用。此(ci)外，其他潛在(zai)的(de)EC組份（包(bao)括GmELF4a和(he)GmELF4b，但不(bu)包(bao)括GmLUX1和(he)GmLUX2）也顯示了(le)與(yu)(yu)GmEID1的(de)相互(hu)作用的(de)信號（圖(tu)3A）。GmEID1和(he)GmELF3s之(zhi)間的(de)物理(li)互(hu)作通過共免疫沉淀（Co-IP）實驗(yan)和(he)雙熒光素酶實驗(yan)得(de)到了(le)進一步的(de)證實。這些結果表(biao)明(ming)，GmEID1可能通過與GmELF3s和GmELF4s相互作用來影響EC的(de)活性(xing)，從而調控(kong)開花時(shi)間。4、GmEID1增(zeng)強了(le)J蛋白的表達豐度（圖3）。考慮到GmEID1是一(yi)個(ge)F-box蛋(dan)白，很有可能作為一(yi)個(ge)E3連接酶通(tong)過泛素(su)途徑(jing)破壞(huai)目標蛋(dan)白的穩定性(xing)而發揮作用。為了測試GmEID1是否影(ying)響了J蛋(dan)白的穩定性(xing)，研究團隊通(tong)過構建野(ye)生型(xing)W82和突(tu)變(bian)體Gmeid1-4突(tu)變(bian)體背景下(xia)的35S::J-3xFlag根系誘導胼(pian)胝(zhi)體表達(da)（RICE）系統，比較多(duo)個(ge)遺(yi)傳轉化體系中(zhong)的J蛋(dan)白表達(da)豐度(du)。結果顯(xian)示，W82遺(yi)傳背景下(xia)的J-Flag蛋(dan)白表達(da)水平高于Gmeid1-4突(tu)變(bian)體背景，表明GmEID1與(yu)J-Flag的表達(da)豐(feng)度呈正相關。特別的(de)(de)(de)(de)(de)是，在W82背(bei)景下J-Flag蛋白(bai)的(de)(de)(de)(de)(de)豐(feng)(feng)度與它的(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)基因mRNA水平(ping)呈正相關，而Gmeid1-4突(tu)變(bian)體(ti)則不(bu)然。此(ci)外，Gmeid1-4突(tu)變(bian)體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)E1的(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)整體(ti)表(biao)(biao)達(da)水平(ping)高于野生型(xing)。為(wei)了測試了GmEID1是以什么樣的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)達(da)模式(shi)來(lai)影響J蛋白(bai)的(de)(de)(de)(de)(de)豐(feng)(feng)度，研究團隊選取了兩個表(biao)(biao)達(da)水平(ping)相似的(de)(de)(de)(de)(de)有代表(biao)(biao)性的(de)(de)(de)(de)(de)根系誘導(dao)胼(pian)胝體(ti)，野生型(xing)W82背(bei)景的(de)(de)(de)(de)(de)J-Flag/W82 #2和Gmeid1突(tu)變(bian)體(ti)背(bei)景的(de)(de)(de)(de)(de)J-Flag/Gmeid1 #3（圖(tu)3 C-D）。免疫印跡結果表(biao)(biao)明，Gmeid1突(tu)變(bian)體(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)J-Flag蛋白(bai)水平(ping)比(bi)野生型(xing)W82的(de)(de)(de)(de)(de)低（圖(tu)3 C、E）。為了測試GmEID1和J之(zhi)間的遺傳關系，研究團隊(dui)將W82遺傳背(bei)景的Gmeid1-3和Gmeid1-4的突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)與j突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)進行雜交。分子分析表明，Gmeid1-4很(hen)可能(neng)(neng)是(shi)一(yi)個(ge)由移碼突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)產生的功(gong)能(neng)(neng)缺(que)失突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)，而Gmeid1-3可能(neng)(neng)是(shi)一(yi)個(ge)弱突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)，轉錄一(yi)個(ge)缺(que)少17個(ge)氨基酸不完整的GmEID1蛋白。Gmeid1-4突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)比Gmeid1-3突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)開花期更晚。在LD和SD條件下，j突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)的開花期均與Gmeid1-3突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)相似，但比Gmeid1-4突(tu)(tu)變(bian)(bian)(bian)體(ti)早(zao)（圖(tu)3 F、G），這表明GmEID1不僅能穩定J蛋白，也能穩定其他的J相似蛋白，包括GmELF3b-1和GmELF3b-2（圖3 A-B）。此(ci)外(wai)，Gmeid1-3/j和(he)(he)Gmeid1-4/j的(de)開(kai)花(hua)期分(fen)別與Gmeid1-3和(he)(he)Gmeid1-4的(de)開(kai)花(hua)期相似（圖3 F、G），這表明GmEID1和J在同一遺傳途徑中發揮作用。
圖3 GmEID1與EC互作(zuo)影(ying)響(xiang)J蛋白的表達豐度來調(diao)控開(kai)花時間
5、光(guang)依賴的E3/E4與(yu)GmEID1的互(hu)作(zuo)，干擾(rao)了GmEID1與(yu)J蛋(dan)白的互(hu)作(zuo)（圖4）。研究(jiu)團(tuan)隊(dui)通(tong)過β-半(ban)乳糖苷酶的(de)活性測定實(shi)驗發現，在獨立的(de)紅光或遠紅光條件下(xia)，光受體(ti)E3和E4能夠與GmEID1互(hu)作(zuo)（圖(tu)4A）。Gmeid1/e3雙突變體(ti)的(de)開花期與Gmeid1突變體(ti)一樣晚（圖(tu)4B），這表明Gmeid1突變體可以完全抑制e3突變體的早花表型，GmEID1基因是E3基因的上游基因。接下(xia)來研究(jiu)團(tuan)隊(dui)通過(guo)Co-IP的(de)方法鑒定E3是(shi)否影響GmEID1和(he)J的(de)互作(zuo)（圖(tu)4C），結果(guo)顯(xian)示(shi)GmEID1-YFP和(he)J-Flag蛋(dan)白(bai)(bai)不(bu)與E3-Flag蛋(dan)白(bai)(bai)共表(biao)達。無論是(shi)光(guang)(guang)照(zhao)還是(shi)黑暗(an)的(de)條件，在(zai)(zai)沒(mei)有E3-Flag的(de)情(qing)況下(xia)，J-Flag同樣能被GmEID1-YFP共沉(chen)淀(dian)。然而，在(zai)(zai)E3-Flag存(cun)在(zai)(zai)的(de)情(qing)況下(xia)，白(bai)(bai)光(guang)(guang)或者遠紅光(guang)(guang)條件下(xia)，J-Flag被GmEID1-YFP共沉(chen)淀(dian)的(de)量要比黑暗(an)條件下(xia)少得多（圖(tu)4C）。以上(shang)結果(guo)表(biao)明(ming)光(guang)活(huo)化(hua)的(de)E3/E4可以破壞(huai)GmEID1-J的(de)互(hu)作，同時，E3/E4也許能促進(jin)J蛋白的(de)降(jiang)解。為了驗證E3/E4能促進J蛋(dan)白(bai)的(de)降(jiang)解猜想，研(yan)究團隊利用RICE系統比較(jiao)了E3/E4存(cun)在或(huo)缺失情(qing)況下J-Flag的(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)(da)豐度(du)。結果顯示，在e3或(huo)e3e4突(tu)變體背(bei)景(jing)下J-Flag蛋(dan)白(bai)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)(da)水(shui)平高于(yu)(yu)野(ye)生型（圖(tu)4D）。研(yan)究團隊通過J-Flag mRNA表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)(da)水(shui)平和J-Flag蛋(dan)白(bai)轉錄水(shui)平之間(jian)的(de)相關性分析發現(xian)，J-Flag蛋(dan)白(bai)在e3e4或(huo)e3突(tu)變體中(zhong)的(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)(da)積累比野(ye)生型更(geng)高效（圖(tu)4F）。鑒于(yu)(yu)E3和E4介導光周期信號來(lai)調(diao)節開花時間(jian)，研(yan)究團隊用一個(ge)穩(wen)定的(de)過表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)(da)J-HA蛋(dan)白(bai)的(de)轉基因(yin)大豆品系來(lai)測試(shi)晝(zhou)長是否會影響J蛋(dan)白(bai)的(de)豐度(du)。結果表(biao)(biao)(biao)(biao)明，J-HA蛋(dan)白(bai)的(de)水(shui)平在SD條件(jian)高于(yu)(yu)LD條件(jian)（圖(tu)4 E、G）。耐人尋味的(de)是，J-HA蛋(dan)白(bai)表(biao)(biao)(biao)(biao)達(da)(da)在光照期間(jian)逐漸逐漸增加(jia)，這可能與E3/E4的(de)mRNA和蛋(dan)白(bai)質(zhi)在白(bai)天(tian)逐漸下降(jiang)有關（圖(tu)4 G）。綜上所述，光活化的E3和E4作為一種競爭性的抑制子來干擾GmEID1-J的互作，從而促進E1基因的表達，抑制大豆的開花。
圖4 光活(huo)化的E3/E4與GmEID1互作(zuo)抑(yi)制GmEID1與J的互作(zuo)來促(cu)進J蛋白的降解
6、GmEID1蛋白的失活能夠改(gai)良(liang)大豆(dou)的適應性和產(chan)量表(biao)現（圖5）。Gmeid1突變體除(chu)了(le)開花期延遲，還表現(xian)出主(zhu)莖粗壯(zhuang)、節間變短、節數和分枝增多(duo)的(de)表型。研究團隊在四個不同緯度地(di)(di)區(qu)(qu)（長(chang)春、北(bei)京、許昌和三亞(ya)）對該(gai)材料(liao)進(jin)行(xing)了(le)產量(liang)的(de)評(ping)估，結果顯(xian)示Gmeid1的(de)單株產量(liang)在各地(di)(di)區(qu)(qu)均顯(xian)著增加(jia)，尤其是(shi)在TL1親本(ben)品種的(de)主(zhu)要推廣地(di)(di)（許昌），在正(zheng)常種植密度下Gmeid1的單株(zhu)產(chan)量(liang)較親本增產(chan)17.2%。
圖5在一(yi)個廣泛的(de)維度區域內(nei)，GmEID1基因的(de)截斷能夠增(zeng)加大豆的(de)產量
綜上所述，研究團隊不(bu)僅解析了大(da)豆(dou)GmEID1蛋白(bai)作為(wei)連接E3/E4和(he)(he)EC復合物的(de)橋梁進而調控E1表(biao)達的(de)分子機制，同時(shi)創(chuang)制的(de)Gmeid1突(tu)變體表(biao)現(xian)良好的(de)環(huan)境(jing)適應性(xing)和(he)(he)增(zeng)產(chan)潛(qian)力，為(wei)大(da)豆(dou)育種提供了重要的(de)基因資源(yuan)。
Qin C, Li H, Zhang S, et al. [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2023, 120(15): e2212468120.
北大荒墾豐種(zhong)業(ye)-澤(ze)泉科技生物技術與(yu)表型服務中心是由北(bei)大荒墾豐種(zhong)(zhong)業股份有限公(gong)(gong)司(si)和上海澤泉科(ke)(ke)技(ji)股份有限公(gong)(gong)司(si)共同建設的開放式高(gao)通量植物(wu)(wu)(wu)基因型(xing)(xing)-表(biao)型(xing)(xing)-育(yu)種(zhong)(zhong)服務(wu)平(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)。中(zhong)心建立(li)了基因克隆和載體(ti)平(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)、作物(wu)(wu)(wu)轉化(hua)系統、基因型(xing)(xing)分(fen)析(xi)平(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)、表(biao)型(xing)(xing)鑒(jian)定(ding)分(fen)析(xi)平(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)、數據分(fen)析(xi)和利用平(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)等(deng)現(xian)代化(hua)生物(wu)(wu)(wu)技(ji)術和信息支持(chi)平(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)，是定(ding)位(wei)于為植物(wu)(wu)(wu)科(ke)(ke)研(yan)和作物(wu)(wu)(wu)育(yu)種(zhong)(zhong)提供植物(wu)(wu)(wu)基因型(xing)(xing)-表(biao)型(xing)(xing)-育(yu)種(zhong)(zhong)數據分(fen)析(xi)的科(ke)(ke)研(yan)服務(wu)平(ping)(ping)臺(tai)(tai)(tai)(tai)。
為了縮短(duan)您(nin)的育種(zhong)進程，提高您(nin)的育種(zhong)成功率(lv)，北大荒墾豐種(zhong)業-澤泉科技生物技術與表型(xing)服務中心將為您(nin)提供：分子標記開發與檢測服(fu)務+分子標記輔助選擇/回(hui)交育種(zhong)服(fu)務+高(gao)通量抗性表(biao)型鑒(jian)定的硬(ying)件和服(fu)務方案。
根據目標DNA/基因序列,可開發(fa)高效(xiao)的分子標記（SNP-KASP、SSR等），并可實現單日最高一萬(wan)SSR數據點(dian)，以及(ji)數以十(shi)萬(wan)計的SNP數據點(dian)檢測。
SSR-瓊脂糖(tang)電泳圖
SNP-基(ji)因分型圖
| ● 玉米、大豆、水(shui)稻等(deng)作物品種真實性(xing)鑒定 | ● 基因(yin)精細(xi)定位 |
| ● 玉米、大豆(dou)、水稻等作物品(pin)種一致(zhi)性檢測 | ● 種質(zhi)資源分析(xi) |
| ● 玉米、大(da)豆、水稻(dao)等作物品種(zhong)純度檢測 | ● 分子(zi)標記輔(fu)助育(yu)種 |
分子標記輔助選(xuan)擇/回交育(yu)種服(fu)務
利用(yong)分子標(biao)記(ji)輔助(zhu)目標(biao)基因選(xuan)(xuan)擇、背景(jing)選(xuan)(xuan)擇和去(qu)連鎖選(xuan)(xuan)擇，針(zhen)對優(you)良自交(jiao)系的個別“短板(ban)”進行(xing)“定(ding)向(xiang)”改良，回交(jiao)不超過3代，獲得與原(yuan)自交(jiao)系一致或(huo)高(gao)度相(xiang)似的新材(cai)料(liao)。
應(ying)用領(ling)域：水(shui)稻、玉米、大(da)豆、小麥(mai)等作物定向改(gai)良。
高通量抗性表型(xing)鑒定的硬件(jian)和(he)服務方案植物(wu)(wu)(wu)結(jie)構特征性(xing)很(hen)強，具有復雜的三維結(jie)構。對(dui)自(zi)然界的植物(wu)(wu)(wu)形(xing)態及(ji)生長發育進行建(jian)模，有利于(yu)探索植物(wu)(wu)(wu)生長過(guo)程的規(gui)律，同時還能在農(nong)業生產(chan)中指導作物(wu)(wu)(wu)栽培、新品種(zhong)(zhong)選育及(ji)模擬(ni)農(nong)作物(wu)(wu)(wu)管理(li)。北大(da)荒墾豐種(zhong)(zhong)業-澤泉科(ke)技生物(wu)(wu)(wu)技術與表型服(fu)務中心培養室內植物(wu)(wu)(wu)，對(dui)其進行 3D 掃描(miao)成像，可(ke)(ke)(ke)構建(jian)三維點(dian)陣(zhen)云圖，還可(ke)(ke)(ke)以通過(guo)可(ke)(ke)(ke)見光結(jie)合計算機視覺，可(ke)(ke)(ke)進行標準化非(fei)破壞性(xing)的高(gao)通量(liang)(liang)(liang)(liang)分析。作物(wu)(wu)(wu)穗(sui)結(jie)構與種(zhong)(zhong)子(zi)性(xing)狀屬于(yu)多基(ji)因位點(dian)控制的數量(liang)(liang)(liang)(liang)性(xing)狀，可(ke)(ke)(ke)間接反映產(chan)量(liang)(liang)(liang)(liang)潛力、種(zhong)(zhong)子(zi)的活力和質量(liang)(liang)(liang)(liang)，研究(jiu)穗(sui)結(jie)構與種(zhong)(zhong)子(zi)性(xing)狀，對(dui)于(yu)育種(zhong)(zhong)、種(zhong)(zhong)質資源研究(jiu)具有深遠意義。常規(gui)的穗(sui)結(jie)構與種(zhong)(zhong)子(zi)性(xing)狀分析多采(cai)用人眼觀察、尺(chi)子(zi)測量(liang)(liang)(liang)(liang)的方法，誤差(cha)大(da)，可(ke)(ke)(ke)實現(xian)的參(can)數少，可(ke)(ke)(ke)重復性(xing)差(cha)。北大(da)荒墾豐種(zhong)(zhong)業-澤泉科(ke)技生物(wu)(wu)(wu)技術與表型服(fu)務中心標準化無損的高(gao)通量(liang)(liang)(liang)(liang)測量(liang)(liang)(liang)(liang)穗(sui)結(jie)構以及(ji)種(zhong)(zhong)子(zi)，大(da)大(da)提高(gao)了(le)測量(liang)(liang)(liang)(liang)精度以及(ji)效率。
溫(wen)室型高通(tong)量植物表型成像(xiang)系統
實驗室植物表型成像系統(tong)
掃描(miao)得(de)到的植(zhi)物 3D 點(dian)陣云圖
基于(yu) Scanalyzer HTS 頂部可見(jian)光成像的包菜種(zhong)子(zi)形態、大小(xiao)篩選
擬南芥對(dui)稱性分析
應用(yong)高通量(liang)表(biao)型平(ping)臺(tai)分(fen)析(xi)水分(fen)對黃瓜的(de)影響(xiang)
橡膠幼(you)苗期(qi)表(biao)型分(fen)析除了(le)數(shu)量性狀的建(jian)模分析(xi)，北(bei)大(da)荒墾豐(feng)種業(ye)-澤泉科技(ji)生(sheng)(sheng)物(wu)技(ji)術與表型服(fu)務中心還可(ke)以對植物(wu)質(zhi)量性狀進行表型信息(xi)學分析(xi)。通過對擬南芥(jie)、甜瓜、橡膠的可(ke)見光頂部和(he)側面(mian)(mian)成像，可(ke)以分析(xi)頂部和(he)側面(mian)(mian)投影葉面(mian)(mian)積(ji)、緊湊度、圓度、生(sheng)(sheng)長(chang)速率、卡尺長(chang)度、株高、冠幅寬度、葉片顏色(se)分布等形態參數(shu)。目前(qian)，平臺已針對小麥(mai)、水稻、玉米、黃(huang)瓜、番(fan)茄、辣椒(jiao)、楊樹、丹參、擬南芥(jie)、煙(yan)草、蕎麥(mai)等多(duo)種植物(wu)進行表型服(fu)務，服(fu)務內(nei)容涉及脅(xie)迫生(sheng)(sheng)理，生(sheng)(sheng)長(chang)模型構(gou)建(jian)、生(sheng)(sheng)長(chang)勢評價(jia)等領(ling)域。如您需要了解更多信息，請識別下方二維碼填寫登記表，我們會為您提供專業的服務，真誠期待與您的合作！
