【Nat Communi】田志喜/孔凡江组合作鉴定到大豆分枝数的新基因

2022年10月28日，Nature Communication发表了来自中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜课题组和广州大学孔凡江团队合作题为“Natural variation of Dt2 determines branching in soybean”的研究论文。该研究鉴定到大豆18号染色体上Dt2基因赋予自然种群中的大豆分支数。此外群体遗传学研究表明，Dt2的遗传分化表现出显著的地理结构。本研究为大豆分支数提供了优势基因，可促进高产大豆品种的选育。

枝条分枝对作物的生长和生产力至关重要。人类通过无意识或有意识地选择赋予分支结构的关键基因的优越等位基因，显着提高了作物产量。如玉米驯化过程中TEOSINTE BRANCHED1（TB1）基因的选择和利用。栽培玉米在很大程度上受益于TB1高表达等位基因的选择，与其高度分枝的祖先teosinte形成鲜明对比，被成功驯化为具有单茎的高产作物。另一个例子是IPA1在水稻中的应用。IPA1 中的点突变导致理想的水稻植株具有更少的分蘖、更高的植株高度、抗倒伏性，从而提高了谷物产量。越来越多的控制枝条分支的调控基因正在被鉴定出来，通过分子设计为培育高产作物提供遗传资源。

大豆供应全球一半以上的油产量和约四分之一的世界植物蛋白。随着人口的增加和人们生活水平的不断提高，预计到2050年大豆产量必须翻一番才能满足消费需求。与从绿色革命中受益匪浅的水稻和小麦等主要作物的产量大幅增加形成鲜明对比的是，大豆产量在过去六十年中并没有显着提高。调节枝数是决定大豆最终产量的特征之一，对高产大豆育种至关重要。然而，迄今为止，与大豆分支相关的基因很少被报道。

该研究为了鉴定控制大豆分支数量的关键基因，对先前重测序小组中的2409种质进行了表型分析。使用全基因组关联研究 （GWAS） 显示，在 18 号染色体上的 40 kb 间存在稳定的关联信号。 在这个40 kb的区间内，根据参考基因组ZH13共注释了5个蛋白质编码基因，其中SoyZH13_18g242900在枝顶端分生组织处显示出更高的特异性表达，因此，SoyZH13_18g242900（Dt2基因）被认为是大豆中控制分支数的候选基因。

并且进一步通过基因编辑方法证实了 Dt2cri品系表现出多种产量相关性状变化，包括更高的粒重，更长的种子长度和宽度以及更高的单株粒重，导致产量显着增加。

进一步的分析Dt2的自然变异导致两种主要单倍型之间的显着差异转录水平。功能表征表明，Dt2与GmAgl22和GmSoc1a相互作用，与GmAp1a和GmAp1d的启动子物理结合并激活其转录。群体遗传学研究表明，Dt2的遗传分化表现出显著的地理结构。本研究为大豆分支数提供了优势基因，可促进高产大豆品种的选育。

论文链接：Natural variation of Dt2 determines branching in soybean | Nature Communications

转自：“iPlants”微信公众号

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