孔凡江/刘宝辉团队报道作物驯化过程中开花期基因的进化与选择分子机制

作者小珂

2020年3月30日，由广州大学生命科学学院/分子遗传学与进化研究中心孔和刘组成的研究团队，以广州大学为第一个交流单位，在《自然遗传学》杂志上发表了最新研究成果《自然遗传学控制大豆流动和成熟期基因的选择》。

大豆栽培起源于5000年前的中国黄淮海地区。它种植历史悠久，在中国农业生产中占有重要地位。

大豆是典型的短日照作物，对光周期极其敏感。单一品种或种质资源一般只适合在纬度跨度小的地区种植。起源于黄淮海地区的大豆是如何适应世界广泛的生态环境的？它如何影响大豆生产及其全球种植和销售？

为了探索这一科学问题，孔/刘课题组多年来进行了长期系统深入的研究。

利用基因组学分析、生物信息学和经典正向遗传学方法，发现了控制长日照下花期的两个关键位点Tof11和Tof12。

分子机理分析表明，Tof11和Tof12通过调控LHY和E1基因控制大豆光周期开花，并建立了完整的光周期调控分子网络(图1)。

同时，研究发现Tof11和Tof12有渐变和人工选择。

其中，tof11的功能性缺失突变首先被强有力地选择，这通常促进栽培品种的开花和成熟。tof11的功能缺失突变发生在tof11之后，并在tof11的遗传背景下被再次选择，从而进一步缩短栽培大豆的花期和生长期，从而提高栽培大豆的适应性和种植性。

本研究首次系统报道了作物驯化过程中开花基因的进化和选择的分子机制。

大豆光周期开花和产量形成的分子模式图

值得一提的是，2017年，孔刘课题组在《自然遗传学》杂志上提前报道了大豆品种“龙育成”关键基因J的克隆及“大豆品种‘龙育成’自然变异增强热带适应性、提高产量”进化机制的研究成果。

研究发现，J基因的多重功能缺失突变的产生使大豆能够在短日诱导条件下保持相对长的营养生长并获得高产，从而突破了低纬度地区大豆的极低产量限制，使大豆能够在低纬度地区(尤其是在南美洲)迅速扩展和扩散，并改变了世界大豆的生产模式(图2)。

两篇文章互为补充，不仅进一步完善了以E1基因为关键节点的大豆开花分子控制网络，而且系统阐述了J基因促进大豆低纬度适应性、Tof11和Tof12促进大豆中高纬度适应性的多基因进化机制，为大豆品种适应性和产量分子育种提供了重要的理论依据和应用基础。

图2大豆对热带短日照地区适应的模式图

中国科学院遗传研究所副教授卢思佳、讲师董立东、讲师、博士后、博士后孔、博士后和博士是本文的合著者。

广州大学的孔教授和刘教授、澳大利亚塔斯马尼亚大学的詹姆斯·韦勒教授、中国科学院遗传发展研究所的田研究员和武汉理工大学的袁晓辉教授是本文的共同作者。

纸质信息:

https://doi.org/10.1038/s41588-020-0604-7

https://doi.org/10.1038/ng.3819

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