大豆是一種(zhong)(zhong)典型的短日照(zhao)植物，光(guang)周期敏感性(xing)阻礙了大豆種(zhong)(zhong)質資(zi)源在地(di)理區(qu)域的利(li)用。當(dang)生長(chang)(chang)(chang)在溫(wen)帶(dai)(dai)(dai)地(di)區(qu)時(shi)，熱帶(dai)(dai)(dai)大豆通過延(yan)長(chang)(chang)(chang)營(ying)養生長(chang)(chang)(chang)期和(he)推遲開花及(ji)成熟來(lai)應對延(yan)長(chang)(chang)(chang)的白晝(zhou)長(chang)(chang)(chang)度，這將會延(yan)長(chang)(chang)(chang)收獲時(shi)間。因(yin)此(ci)修改亞熱帶(dai)(dai)(dai)和(he)熱帶(dai)(dai)(dai)大豆品種(zhong)(zhong)的日照(zhao)適應性(xing)有利(li)于溫(wen)帶(dai)(dai)(dai)地(di)區(qu)引入(ru)良(liang)好農(nong)藝(yi)性(xing)狀的大豆品種(zhong)(zhong)。
近日，先正達集團作物種質創新與分子育種全國重點實驗室在知名期刊Plant Biotechnology Journal上發表了題為“Editing the nuclear localization signals of E1 and E1Lb enables the production of tropical soybean in temperate growing regions”的研究論文，該研究在亞熱帶大豆品種中對生育期基因E1及其同源基因E1Lb進行基因編輯，創制了一系列新種質，縮短了開花時間和成熟時間，并確定了它們適合栽培的緯度區。
不同E1/E1Lb 突變體(ti)組合表(biao)現出不同程度的(de)開花期縮短
研究表明大豆的生育期基因E1通過控制大豆的開花時間、成熟時間和開花后結莢習性來響應光周期。研究團隊以亞熱帶大豆品種06KG218440為材料，通過CRISPR-Cas12a的gRNA靶向E1和E1Lb的保守核定位信號（NLS）的第二基本結構域，獲取了具有不同E1/E1Lb突變組合的8個單突或雙突編輯系，根據突變方式將基因型分為功能缺失、框內缺失和替換。不同基因突變株系的開花時間比較結果說明，E1和E1Lb的框內缺失或替換突變可以產生具有部分功能的弱等位基因。此外亞細胞定位結果表明NLS第二個基本結構域的突變減少了E1和E1Lb的核定位。溫室條件下，不同E1/E1Lb突變體組合由于加性效應和部分功能等位基因，發生了不同程度的光周期敏感性降低和開花時間縮短。此外開花時間縮短的突變體表現出成熟時間縮短和株高降低和一定的產量下降。定量結果表明不同突變組合的開花時間與開花抑制基因GmFT1a/FT4，促花基因GmFT2a/GmFT5a和AP1基因的表達水平密切相關，株高降低與DT1的表達水平變化趨勢一致。在三個低、中、高緯度溫帶地區的田間適應性試驗中，不同E1/E1Lb突變體組合顯示出一系列縮短的開花時間，隨著緯度的增加，每種材料的開花時間均有所延遲，但光周期不敏感性與不同光周期下的趨勢一致。因此在不同溫帶地區可以篩選出最佳成熟時間和產量的大豆株系。
此研究通過編輯開發不同的E1/E1Lb突變體組合的方法，獲得了一系列新的遺傳組合，縮短了開花時間和成熟期。該方法可用于豐富大豆育種庫，并可將不同大豆品種的種植區域擴展到更高緯度地區。NLS編輯產生的部分功能等位基因有助于解決平衡效應，為亞熱帶和熱帶大豆種質向溫帶地區轉移提供了一種可行的方法。
—— 原文 ——
Gao, Y., Zhang, Y., Ma, C., et al. . Plant Biotechnology Journal (2024).