揭示弱蓝光信号控制大豆赤霉素代谢和避荫反应的分子机制

（2020.12.1 中国农业科学院作物科学研究所）

近期，中国农业科学院农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程作物生物信息学及应用创新团队研究揭示了大豆隐花色素介导弱蓝光信号调控赤霉素代谢和避荫反应的分子机制，并为扩大大豆适应范围及培育适合耐密抗倒高产大豆新品种提供了重要靶基因和育种新材料。相关研究成果于11月27日在线发表于《分子植物（Molecular Plant）》上。

据刘斌研究员介绍，近年来，随着人民生活水平提高，我国对大豆的需求量急速攀升，供需矛盾日益突出。提高大豆产量成为保障国家粮食安全的迫切需求。密植和间套作是提高大豆单产和有效利用种植空间的重要手段。然而，植物之间的相互遮挡会引起周围光环境发生显著变化，导致大豆出现明显的避荫反应（徒长、倒伏、早衰以及抗病虫能力下降等），严重制约了两种栽培模式的推广应用。

该团队通过研究发现，低红光/远红光显著诱导大豆叶夹角变小以及叶柄伸长，而弱蓝光主要促进茎秆伸长，明确了遮荫导致的蓝光水平下降是导致大豆倒伏的主要因素之一。研究人员利用基因编辑技术对大豆基因组编码的7个蓝光受体隐花素（GmCRYs）基因进行了敲除，结果表明，大豆隐花色素单突变体没有明显表型，但其中四个基因同时发生突变形成的 Gmcry1s 即使在正常光照条件下也表現出明显的茎秆徒长，表明 GmCRY1s 基因功能冗余并共同介导了弱蓝光依赖的避荫反应。进一步研究证实，被蓝光激活的GmCRY1s通过上调大豆转录因子STF的水平促进赤霉素氧化酶基因表达，从而降低内源赤霉素的含量并抑制大豆茎秆的伸长;而在弱蓝光条件下则反之。该团队创制的GmCRY1过表达大豆，可显著提高大豆耐荫性，实现密植条件下产量的提高。该研究对充分解析光环境调节大豆生长发育的调控网络具有重要科学意义。

作科所吕向光博士为本论文的第一作者，刘斌研究员为通讯作者。吉林农业大学李海燕团队与东北农业大学陈庆山团队也参与了该项研究。本研究得到了到国家重点研发计划、国家转基因重大专项、中国农科院农业科技创新工程和国家自然科学基金项目的资助。