东北农业大学赵琳团队、中科院遗传所田志喜团队和吉林省农科院王曙明团队合作解析GmFULc调控大豆生育期的分子机制

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-06-15 09:30

正文

大豆 ( Glycine max ) 开花时间和成熟期是影响其区域适应性的重要农艺性状，培育适应中国高寒、高纬度大豆主产区种植的早熟大豆品种，对确保霜冻前正常成熟具有重要意义。大豆是短日照作物，光周期不仅调控生育期，影响产量，还决定大豆品种生态适应性。由于光周期敏感性，使得其种植区域非常狭窄，限制了优良品种的推广。为了突破大豆生长区域的局限性，通过挖掘大豆开花时间相关基因，阐明其参与光周期调控开花信号传导途径的分子机制，为拓展优良品种的区域适应性奠定重要理论基础。

近日，东北农业大学农学院赵琳团队、中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜团队和吉林省农业科学院王曙明团队在 JIPB 合作发表了题为“ The MADS-box transcription factor GmFULc promotes GmZTL4 gene transcription to modulate maturity in soybean” 的研究论文 ( https://doi.org/10.1111/jipb.13682 ) 。

该研究鉴定了一个MADS-box转录因子家族成员GmFULc，受短日照诱导，并且形成同源二聚体参与调控大豆开花和成熟。 GmFULc:GmFULc 大豆植株表现出开花和成熟较早的表型， fulc 突变体则开花和成熟较晚。利用染色质免疫共沉淀测序技术 ( ChIP-seq ) 和转录组测序技术 ( RNA-seq ) 确定了GmFULc的潜在靶基因 GmZTL3 和 GmZTL4 。进一步研究表明GmFULc与 GmZTL3 和 GmZTL4 的启动子上的CArG-box基序结合，并且促进 GmZTL3 和 GmZTL4 基因的表达。 GmZTL4 启动子上的顺式作用元件box4基序是光反应元件，在调控大豆生育期中起着重要的作用。该基序的缺失通过促进 GmZTL4 的表达缩短了大豆生育期。过表达 GmZTL4 促进了大豆的成熟， ztl4 突变体则表现出延迟成熟。短日照处理促进了GmFULc与 GmZTL4 启动子的结合，抑制了 E1 和 E1Lb 的表达，促进 GmFT2a 和 GmFT5a 表达，最终促进了大豆开花和成熟。综上，本研究阐明了GmFULc通过促进 GmZTL4 基因的表达调控大豆开花的分子机制，并且为大豆早熟材料的创制提供了重要的生物遗传材料和理论依据。

图1. GmFULc调控大豆开花的工作模型

东北农业大学农学院已毕业的 孙晶哲 博士、中国科学院遗传与发育生物学研究所 刘羽诚 副研究员、吉林省农业科学院 郑宇宏 博士、黑龙江省农业科学院大豆研究所 薛永国 博士为该论文的共同第一作者，东北农业大学赵琳研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所 田志喜 研究员、吉林省农业科学院 王曙明 研究员为该论文的通讯作者。本研究得到国家重点研发计划“揭榜挂帅”项目 (2021YFF1001203)、国家自然科学基金 (32072086) 和黑龙江省自然科学基金重点项目 (ZD2020C002) 的资助。

文章引用：

Sun, J., Liu, Y., Zheng, Y., Xue, Y., Fan, Y., Ma, X., Ji, Y., Liu, G., Zhang, X., Li, Y., Wang, S., Tian, Z., Zhao, L. (2024). The MADS-box transcription factor GmFULc promotes GmZTL4 gene transcription to modulate maturity in soybean. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/ 10.1111/jipb.13682