近期，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物基因資源與基因改良國(guó)家重大科學(xué)工程作物生物信息學(xué)及應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究揭示了大豆隱花色素介導(dǎo)弱藍(lán)光信號(hào)調(diào)控赤霉素代謝和避蔭反應(yīng)的分子機(jī)制，并為擴(kuò)大大豆適應(yīng)范圍及培育適合耐密抗倒高產(chǎn)大豆新品種提供了重要靶基因和育種新材料。相關(guān)研究成果于11月27日在線發(fā)表于《分子植物（Molecular Plant）》上。
據(jù)劉斌研究員介紹，近年來，隨著人民生活水平提高，我國(guó)對(duì)大豆的需求量急速攀升，供需矛盾日益突出。提高大豆產(chǎn)量成為保障國(guó)家糧食安全的迫切需求。密植和間套作是提高大豆單產(chǎn)和有效利用種植空間的重要手段。然而，植物之間的相互遮擋會(huì)引起周圍光環(huán)境發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致大豆出現(xiàn)明顯的避蔭反應(yīng)（徒長(zhǎng)、倒伏、早衰以及抗病蟲能力下降等），嚴(yán)重制約了兩種栽培模式的推廣應(yīng)用。
該團(tuán)隊(duì)通過研究發(fā)現(xiàn)，低紅光/遠(yuǎn)紅光顯著誘導(dǎo)大豆葉夾角變小以及葉柄伸長(zhǎng)，而弱藍(lán)光主要促進(jìn)莖稈伸長(zhǎng)，明確了遮蔭導(dǎo)致的藍(lán)光水平下降是導(dǎo)致大豆倒伏的主要因素之一。研究人員利用基因編輯技術(shù)對(duì)大豆基因組編碼的7個(gè)藍(lán)光受體隱花素（GmCRYs）基因進(jìn)行了敲除，結(jié)果表明，大豆隱花色素單突變體沒有明顯表型，但其中四個(gè)基因同時(shí)發(fā)生突變形成的 Gmcry1s 即使在正常光照條件下也表現(xiàn)出明顯的莖稈徒長(zhǎng)，表明 GmCRY1s 基因功能冗余并共同介導(dǎo)了弱藍(lán)光依賴的避蔭反應(yīng)。進(jìn)一步研究證實(shí)，被藍(lán)光激活的GmCRY1s通過上調(diào)大豆轉(zhuǎn)錄因子STF的水平促進(jìn)赤霉素氧化酶基因表達(dá)，從而降低內(nèi)源赤霉素的含量并抑制大豆莖稈的伸長(zhǎng)；而在弱藍(lán)光條件下則反之。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制的GmCRY1過表達(dá)大豆，可顯著提高大豆耐蔭性，實(shí)現(xiàn)密植條件下產(chǎn)量的提高。該研究對(duì)充分解析光環(huán)境調(diào)節(jié)大豆生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)具有重要科學(xué)意義。
作科所呂向光博士為本論文的第一作者，劉斌研究員為通訊作者。吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)李海燕團(tuán)隊(duì)與東北農(nóng)業(yè)大學(xué)陳慶山團(tuán)隊(duì)也參與了該項(xiàng)研究。本研究得到了到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)、中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
全文鏈接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052（20）30395-6
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