基因編輯助大豆在南方豐產

據中國農科院最新消息，該院作物科學研究所植物轉基因技術研究中心、大豆育種技術創(chuàng)新與新品種選育創(chuàng)新團隊，利用CRISPR/Cas9 基因組編輯技術定點敲除大豆開花調控關鍵基因GmFT2a 和GmFT5a，創(chuàng)制出更適合低緯度地區(qū)種植的突變體材料；同時系統(tǒng)解析了GmFT2a 和GmFT5a 基因在大豆花期調控中的遺傳效應，為大豆品種的區(qū)域適應性改良提供了新技術、新材料。相關研究成果新近在線發(fā)表于 《植物生物技術雜志 （Plant Biotechnology Journal）》。

團隊首席、中國農科院作科所研究員韓天富介紹，大豆對光周期反應敏感，絕大多數品種只有在日照長度縮短到一定限度后，才能從營養(yǎng)生長轉入生殖生長，進而開花結莢；導致大豆品種北移種植時往往晚花晚熟、生長期延長，甚至不能開花或正常成熟；南移種植時則一般表現(xiàn)為過早開花、生長期縮短，產量降低甚至不能正常生長。這種光周期反應特性使得大豆品種適宜種植區(qū)域普遍比較狹小。已有研究表明，GmFT2a 和GmFT5a 基因是大豆的重要開花促進因子。

團隊通過構建GmFT2a 和GmFT5a 基因的過表達植株，并利用CRISPR/Cas9 基因組編輯技術對GmFT2a 和GmFT5a 進行定點敲除，結合雜交手段，創(chuàng)制出單基因和雙基因突變體材料。研究表明，GmFT2a 和GmFT5a 雖然在大豆的花期調控中存在功能互補，但在長、短日照條件下的開花促進效應差異較大。在短日照條件下，GmFT2a 的開花促進效應比GmFT5a 強，而GmFT5a 在長日照條件下的開花促進效應更強。臨界光周期對GmFT5a 參與的大豆花期調控影響很大，超過品種臨界光周期日長的條件下，GmFT5a 基因是主要的開花促進基因，是使大豆能夠適應長日照環(huán)境的關鍵基因。研究還發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)制的雙基因突變體在短日照條件下平均57.4天開花，比野生型晚花約31.3 天，株高和節(jié)數較野生型顯著提高，單株莢數和粒數也顯著增加，這為適合低緯度地區(qū)種植的大豆品種改良提供了新的基礎材料。