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作科所创制出适宜低纬度地区种植的大豆材料

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  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、重点研发计划和皇家88平台科技创新工程等项目的资助。(通讯员 卫斐)

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