JIPB |​ 广州大学刘宝辉/孔凡江团队发现GIGANTEA同源基因E2家族成员冗余地调控大豆开花与产量

大豆为典型的光周期敏感性植物，光周期决定其开花时间、成熟期、株型、种子大小、适应性等生长发育过程，最终决定产量。在长期进化过程中，大豆基因组经历了两次复制事件，约75%的基因都存在多拷贝，导致基因高度冗余，大豆生育期基因E2也不例外，存在两个同源基因E2La（E2 Like a）和E2Lb。尽管E2是通过经典遗传学图位克隆而来，但对于它调控开花与产量性状的功能仍不明确，其同源基因E2La和E2Lb的功能更是未知。

近日，JIPB在线发表了广州大学刘宝辉/孔凡江团队题为“GIGANTEA orthologs, E2 members, redundantly determine photoperiodic flowering and yield in soybean”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13398）。该研究首先通过创制单突和多突变体材料发现，E2家族基因功能冗余却不均衡的调控大豆开花，其中E2起主要作用，两E2 Like基因依赖于E2行使功能。在高纬度地区e2突变体促进开花与产量提高，为大豆育种提供了优异等位变异。分子机制解析发现，E2家族成员之间可以形成同源或者异源二聚体激活豆科特有的转录因子E1家族基因（E1，E1La，E1Lb）转录。遗传关系研究发现E2调控大豆光周期开花与产量完全依赖于E1家族成员。

进一步在团队收集和重测序的2,345份种质资源中分析了E2家族基因的自然变异情况，发现E2-H3单倍型为原始型，野生豆中全部为H3型，农家种和现代育成品种中还保留有部分H3型，且主要分布于低纬度地区。之前报导的功能型E2为H1型，为功能部分缺失型突变，通过大豆转基因互补实验验证了两个等位变异的功能强弱。最后对E2家族基因的主要单倍型进行了21种等位变异组合，并分别与开花期和地理纬度进行关联分析，研究结果为精准选育不同生态适应性的高产品种提供了重要参考。

图. E2家族主要单倍型组合的地理分布

广州大学赵晓晖副教授和刘宝辉教授为论文的共同通讯作者，王玲爽博士后、李海洋和贺米兰博士为论文共同第一作者。刘宝辉/孔凡江团队近年来在大豆光周期调控开花研究中取得了一系列进展，揭示了以E1基因为核心的大豆特异的光周期开花分子调控网络，系统阐释了大豆低纬度适应性和遗传轨迹 (Lu et al., 2017)，系统证明了大豆中高纬度适应的多基因进化机制 (Lu et al., 2020)，为大豆的纬度适应性研究和分子辅助设计育种提供了重要的理论依据和育种材料。研究得到了国家自然科学基金和科技部重点研发计划的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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