揭示在大豆光周期调控开花和区域适应性形成过程中的重要作用（2020.1.28 Plant Biotechnology Journal）

PRR（Pseudo-Response Regulator）基因家族是植物生物钟系统的关键元件，参与光周期调控开花等生长发育过程。然而，该基因家族在短日植物大豆中的作用尚不明确。

近日，中国农业科学院作物科学研究所大豆育种技术创新与新品种选育创新团队在《Plant Biotechnology Journal》发表题为“Natural variation and CRISPR/Cas9-mediated mutation in GmPRR37 affect photoperiodic flowering and contribute to regional adaptation of soybean”的论文，系统研究了大豆PRR家族重要成员GmPRR37在光周期诱导开花中的作用及在不同地域品种中的自然变异，并利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定点敲除该基因，创制出适合在较高纬度地区或多熟制条件下种植的早熟突变体，为大豆品种的区域适应性改良提供了技术支撑和材料基础。

该团队通过创制以“自贡冬豆”（极晚熟品种）和“黑河27”（极早熟品种）为亲本的重组近交系群体，利用简化基因组测序技术构建高密度遗传连锁图谱，结合8个环境下的开花期数据进行连锁分析，发掘到开花期主效QTL qFT12-2。进一步分析发现qFT12-2编码一个PRR家族成员，命名为GmPRR37。该基因呈现明显的昼夜节律表达模式，并在重组近交系早熟亲本黑河27中发生无义突变，导致CCT结构域缺失。在北京自然长日条件下，通過CRISPR/Cas9基因组编辑技术定点敲除GmPRR37的株系开花期提前15.8天，而过表达GmPRR37的株系开花期显著延迟;在短日条件下，上述株系的开花期与受体品种均无明显差异。分析180份来自中国不同生态区的大豆品种，发现GmPRR37的等位基因变异与大豆对高纬长日环境的适应性有密切关系。该研究确认生物钟基因在大豆光周期调控开花过程中发挥重要作用，对大豆生态适应性的遗传改良具有重要指导意义。

中国农业科学院作物科学研究所王立伟博士和孙石研究员为论文并列第一作者，韩天富研究员和侯文胜研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系建设专项、中国农业科学院农业科技创新工程和国家自然科学基金项目项目的资助。

中国农业科学院作物科学研究所大豆育种技术创新与新品种选育创新团队长期从事大豆光温适应性相关的基础研究和品种改良工作，系统研究了大豆开花后的光周期反应，发现了大豆的开花逆转现象，克隆了多个大豆光温反应相关基因，提出了“泛光周期假说”及通过调控FT基因家族不同成员的表达活性来调节大豆生长发育方向的跷跷板模型（Teeter-board model）。与华南农业大学年海教授团队合作，率先克隆热带大豆适应短日高温环境的重要基因J（GmELF3），阐明了大豆长童期性状形成和向低纬短日地区扩展的分子机制。发现光周期和温度存在明显的交互作用，提出了光温互作模型和评价光温敏感性的数量化指标体系。牵头组织构建了大豆育种材料光温适应性鉴定平台和多点测试网络，形成了全国一体化的大豆品种生态适应性综合评价体系，筛选、培育出一批广适应大豆品种，其中，中黄39适宜种植区域跨度达20个纬度，是我国目前种植区域南北跨度最大的大豆品种之一。