PBJ | 通过转录因子核定位信号编辑策略，成功改良了热带大豆种质地域适应性，并实现在温带地区早熟和产量的平衡

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-03-25 19:49

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大豆作为重要的油料和粮食作物，也是重要工业原料。而大豆是典型的短日植物，光周期敏感性一方面导致特定大豆品种适宜种植区域比较狭小，限制了优良品种种植区域的拓展，造成一些高产、优质、抗逆性好的大豆品种难以实现大面积推广种植，另一方面，也限制了优良种质在育种中的跨区域应用，不利于优良性状和基因资源的高效利用。

近日，先正达集团北京创新中心在《Plant Biotechnology Journal》发表题为“Editing the nuclear localization signals of E1 and E1Lb enables the production of tropical soybean in temperate growing regions”的论文，其团队利用基因编辑工具CRISPR/LbCas12a系统，创新性的通过编辑核定位信号编码区域，产生弱化功能的光周期关键调控因子E1和其同源基因E1Lb，成功扩大了热带大豆种质在不同纬度温带地区的种植适应性，实现了早熟和产量的平衡。这项工作为改造热带和亚热带大豆种质以适应温带地区种植提供了一种直接有效的编辑策略和成功范例，对丰富温带大豆育种材料的遗传多样性，引入热带大豆种质中优良性状（如抗病性或高产），及扩大热带大豆品种的种植区域等具有重要意义和应用前景。

团队以北美亚热带大豆种质06KG为改良材料，对转录因子E1和同源基因E1Lb保守的核定位信号编码区进行编辑，通过改变转录因子蛋白亚细胞定位模式，创制了移码突变的-功能丧失的等位基因和缺失/替换突变的功能弱化等位基因材料(图1)。

图1

基于E1和E1Lb功能上的协同效应，通过E1 和E1Lb不同突变类型的组合（图1），创制出一系列花期/成熟期缩短，株高降低的新种质。这些种质材料中，E1和E1Lb的下游开花促进基因FT2a/FT5b/AP1的表达水平显示出不同程度的提高，而结荚习性调控基因DT1 的表达水平出现不同程度的降低。已知在成熟期缩短的种质创制过程中，常常伴随早熟，株高和产量不能很好平衡的问题，而本研究创制的种质材料在温带地区的大田试验数据表明，通过基因编辑策略产生和组合新型的弱等位基因能较好的实现材料在早熟，降低株高同时保持产量，兼顾各性状之间的平衡（图2）。

图2

本研究也为大豆开花成熟性状基因的精细调控提供了新的思路，即对目标性状控制基因的核定位信号编码区域进行编辑，通过改变其蛋白的亚细胞定位模式，充分利用同源基因功能上的加性效应，实现对下游性状梯度调控，从而达到性状间的平衡（图3）。

图3

先正达集团北京创新中心高级科学家高阳为论文的第一作者和通讯作者，生物技术研发管线负责人陈希为共同通讯作者。

PBJ | 通过转录因子核定位信号编辑策略，成功改良了热带大豆种质地域适应性，并实现在温带地区早熟和产量的平衡

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