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大多數(shù)一年生植物的開花取決于每日日照時(shí)間的長(zhǎng)短，而大豆是光周期極為敏感的典型短日照作物，單個(gè)品種或種質(zhì)資源一般只適宜種植于緯度跨度較小的區(qū)域內(nèi)，單個(gè)大豆品種適宜種植范圍狹窄。

大豆這種“特殊”的特性，使得許多優(yōu)良品種只能在小范圍內(nèi)推廣，有“寶”不能用，直接影響了我國(guó)大豆的穩(wěn)定和高產(chǎn)。

多年來(lái)，我國(guó)科研工作者始終致力于解開這道“難題”，而今又有了最新進(jìn)展。

從2012年開始，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設(shè)計(jì)育種課題組首次在大豆中成功克隆了對(duì)光周期反應(yīng)及生育期(開花期及成熟期)貢獻(xiàn)最大的基因E1;隨后陸續(xù)完成了E2、E3、E4等主要生育期基因的克隆。

E1編碼豆科植物特異性轉(zhuǎn)錄因子，是大豆光周期響應(yīng)的核心調(diào)控因子，闡明其介導(dǎo)開花途徑的分子機(jī)制尤為重要。然而，目前有關(guān)E1所調(diào)控的下游信號(hào)通路在很大程度上仍是未知的。

近日，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設(shè)計(jì)育種團(tuán)隊(duì)在Plant Physiology上在線發(fā)表了研究論文。

研究證實(shí)E1編碼蛋白具有轉(zhuǎn)錄抑制活性?；赗NA-seq比較分析發(fā)現(xiàn)，有7個(gè)GmMDE基因在E1過表達(dá)時(shí)顯著下調(diào)，而在CRISPR/Cas9介導(dǎo)的e1敲除突變株中顯著上調(diào)。這些GmMDE基因表現(xiàn)出相似的組織特異性和表達(dá)模式，包括對(duì)光周期、E1表達(dá)和E1基因型的響應(yīng)。以GmMDE05和GmMDE06的啟動(dòng)子為代表進(jìn)行分析表明，E1直接與其啟動(dòng)子結(jié)合以增加H3K27me3水平，從而在表觀遺傳上抑制其表達(dá)。組蛋白H3K27 me3翻譯后共價(jià)修飾是表觀遺傳調(diào)控的重要方式之一，可以維持基因的沉默狀態(tài)。

隨后本研究以GmMDE06為目標(biāo)，探索GmMDEs基因在開花期調(diào)控中的功能。對(duì)其中一個(gè)GmMDE基因——GmMDE06進(jìn)行了功能驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)該基因的功能與E1相反，具有促進(jìn)大豆開花與成熟的作用。過量表達(dá)GmMDE06通過抑制結(jié)莢習(xí)性核心基因Dt1的表達(dá)，引起大豆的莖頂提前開花，終止生長(zhǎng)，導(dǎo)致主莖節(jié)數(shù)減少，植株變矮，致使大豆的結(jié)莢習(xí)性發(fā)生改變。

GmMDE06的過表達(dá)使大豆中開花素基因GmFT2a和GmFT5a的表達(dá)上調(diào)。此外，在GmFT2a或GmFT5a過表達(dá)植株中GmMDEs的表達(dá)顯著增加，GmMDE與GmFT2a/GmFT5a形成了一個(gè)促進(jìn)大豆開花的正調(diào)節(jié)反饋回路。這種反饋調(diào)節(jié)，可以放大來(lái)自光周期的信號(hào)。綜上，E1-GmMDEs-GmFT2a/5a-Dt1信號(hào)通路的發(fā)現(xiàn)闡明了大豆通過調(diào)節(jié)開花時(shí)間和開花后結(jié)莢習(xí)性來(lái)響應(yīng)光周期的作用機(jī)制。

中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所翟紅副研究員為文章的第一作者，夏正俊研究員為文章的通訊作者。東北農(nóng)業(yè)大學(xué)柏錫教授團(tuán)隊(duì)、廣州大學(xué)孔凡江教授團(tuán)隊(duì)、北京大學(xué)羅曉教授參加了部分工作。(通訊員 殷麗婭 科技日?qǐng)?bào)記者 楊侖)