作科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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