农科院作物所利用基因编辑技术创制出适宜低纬度地区种植的大豆材料
6月25日，中国农业科学院作物科学研究所植物转基因技术研究中心、大豆育种技术创新与新品种选育创新团队，利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术定点敲除大豆开花调控关键基因 GmFT2a 和 GmFT5a ，创制出更适合低纬度地区种植的突变体材料，同时系统解析了 GmFT2a 和 GmFT5a 基因在大豆花期调控中的遗传效应，为大豆品种的区域适应性改良提供了新技术、新材料。相关研究成果在线发表在《植物生物技术杂志( Plant Biotechnology Journal) 》上。
大豆对光周期反应敏感，绝大多数品种只有在日照长度缩短到一定限度后，才能从营养生长转入生殖生长，进而开花结荚。大豆的这种光周期反应特性，造成大豆品种北移种植时，因生长季节日照加长，往往表现为晚花晚熟、生长期延长，甚至不能开花或正常成熟；南移种植时，则因生长季节日照缩短，一般表现为过早开花、生长期缩短，产量降低甚至不能正常生长。大豆开花期和成熟期因受种植区域生长季节日照长度的影响严重，导致大豆品种适宜种植区域普遍比较狭小，光周期反应特性是影响大豆品种区域适应性的重要因素。已有研究表明， GmFT2a 和 GmFT5a 基因是大豆的重要开花促进因子。
该研究通过构建 GmFT2a 和 GmFT5a 基因的过表达植株，并利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对 GmFT2a 和 GmFT5a 进行定点敲除，结合杂交手段，创制出单基因和双基因突变体材料。研究表明， GmFT2a 和 GmFT5a 虽然在大豆的花期调控中存在功能互补，但在长、短日照条件下的开花促进效应差异较大。在短日照条件下， GmFT2a 的开花促进效应比 GmFT5a 强，而 GmFT5a 在长日照条件下的开花促进效应更强。临界光周期对 GmFT5a 参与的大豆花期调控影响很大，超过品种临界光周期日长的条件下， GmFT5a 基因是主要的开花促进基因，是使大豆能够适应长日照环境的关键基因。研究人员还发现，创制的双基因突变体在短日照条件下平均57.4天开花，比野生型晚花约31.3天，株高和节数较野生型显著提高，单株荚数和粒数也显著增加，这为适合低纬度地区种植的大豆品种改良提供了新的基础材料。
该研究得到了国家自然科学基金、转基因生物新品种培育重大专项、重点研发计划和中国农业科学院科技创新工程等项目资助。博士生蔡宇鹏、王立伟和助理研究员陈莉博士为论文的共同第一作者，侯文胜研究员和韩天富研究员为共同通讯作者。
论文全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13199
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