近期,国际学术期刊《The Plant Journal》(植物科学排名12/222),(2区,IF=5.775)在线发表了东北农业大学大豆生物学教育部重点实验室李文滨团队题为(“Natural variation in GmGBP1promoter affects photoperiodcontrol of flowering time and maturity in soybean”)的研究论文。
大豆是典型的短日照植物,光周期是决定大豆开花、成熟和生态适应性的主要因素,因此,了解生育时期相关基因对大豆开花、成熟的调控机制将有助于加速大豆育种进程中对开花以及熟期性状的改良。大豆SKIP同源基因GmGBP1在光周期控制开花途径中发挥正调控作用,本研究对具有不同的成熟度和生长习性的278份大豆种植资源的GmGBP1基因的编码区和非编码区序列进行了多态性检测,结果表明与GmGBP1编码区相比,其启动子区域具有更高的序列多态性。将在278份大豆种植资源中筛选得到的11个多态性位点(MAF>5%)进行连锁不平衡分析,并将其与在6个环境中(2015,哈尔滨;2016哈尔滨;2015长春;2016长春;2015沈阳;2016沈阳)观测的始花期、始荚期、始粒期、初熟期等表型性状进行关联分析,发现GmGBP1的5个多态性位点和4个单倍型在多个环境中均与大豆花期和熟期密切相关。携带多态性SNP_-796G、SNP_-770G、SNP_-307T、InDel_-242 normal、SNP_353A或单倍型Hap-3和Hap-4的大豆品种在多个环境中表现为早花和早熟。GmGBP1启动子SNP_-796G(TCT-motif)可能引起GmGBP1基因的上调表达从而导致大豆提前开花、成熟。GmGBP1-RNAi植株的GmGBP1基因表达显著下调,植株光周期敏感性显著降低,并且表现为晚花和晚熟。通过RNA-Seq鉴定了GmGBP1-RNAi植株中94个显著上调和30个显著下调的基因,分析3个显著下调的开花相关基因GmFT2a、GmFT5a和GmFULc在长、短日照条件下的昼夜节律特性,发现在长、短日照条件下GmFT2a、GmFT5a和GmFULc在GmGBP1-i植株中的mRNA水平均持续低于野生型,并且在短日照条件下表现较为明显。由此,我们推测GmGBP1作为GmFT2a和GmFT5a上游的正调控因子起作用,并且激活GmFULc的表达以促进开花。
赵琳研究员为第一作者,通讯作者为李文滨教授,该项研究得到国家自然科学基金、转基因生物新品种培育科技重大专项、国家重点研发计划“七大农作物育种”重点专项等项目的支持。