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作科所利用基因編輯技術創制出適宜低緯度地區種植的大豆材料

  6月25日,中國農業科學院作物科學研究所植物轉基因技術研究中心、大豆育種技術創新與新品種選育創新團隊,利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術定點敲除大豆開花調控關鍵基因 GmFT2a GmFT5a ,創制出更適合低緯度地區種植的突變體材料,同時系統解析了 GmFT2a GmFT5a 基因在大豆花期調控中的遺傳效應,為大豆品種的區域適應性改良提供了新技術、新材料。相關研究成果在線發表在《植物生物技術雜志( Plant Biotechnology Journal) 》上。

  大豆對光周期反應敏感,絕大多數品種只有在日照長度縮短到一定限度后,才能從營養生長轉入生殖生長,進而開花結莢。大豆的這種光周期反應特性,造成大豆品種北移種植時,因生長季節日照加長,往往表現為晚花晚熟、生長期延長,甚至不能開花或正常成熟;南移種植時,則因生長季節日照縮短,一般表現為過早開花、生長期縮短,產量降低甚至不能正常生長。大豆開花期和成熟期因受種植區域生長季節日照長度的影響嚴重,導致大豆品種適宜種植區域普遍比較狹小,光周期反應特性是影響大豆品種區域適應性的重要因素。已有研究表明, GmFT2a 和 GmFT5a 基因是大豆的重要開花促進因子。

  該研究通過構建 GmFT2a 和 GmFT5a 基因的過表達植株,并利用CRISPR/Cas9基因組編輯技術對 GmFT2a 和 GmFT5a 進行定點敲除,結合雜交手段,創制出單基因和雙基因突變體材料。研究表明, GmFT2a 和 GmFT5a 雖然在大豆的花期調控中存在功能互補,但在長、短日照條件下的開花促進效應差異較大。在短日照條件下, GmFT2a 的開花促進效應比 GmFT5a 強,而 GmFT5a 在長日照條件下的開花促進效應更強。臨界光周期對 GmFT5a 參與的大豆花期調控影響很大,超過品種臨界光周期日長的條件下, GmFT5a 基因是主要的開花促進基因,是使大豆能夠適應長日照環境的關鍵基因。研究人員還發現,創制的雙基因突變體在短日照條件下平均57.4天開花,比野生型晚花約31.3天,株高和節數較野生型顯著提高,單株莢數和粒數也顯著增加,這為適合低緯度地區種植的大豆品種改良提供了新的基礎材料。

  該研究得到了國家自然科學基金、轉基因生物新品種培育重大專項、重點研發計劃和中國農業科學院科技創新工程等項目資助。博士生蔡宇鵬、王立偉和助理研究員陳莉博士為論文的共同第一作者,侯文勝研究員和韓天富研究員為共同通訊作者。

  論文全文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13199



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