東北地理所在大豆基因編輯育種領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
大豆（Glycine max）是全球重要的糧食和經(jīng)濟(jì)作物，其籽粒富含優(yōu)質(zhì)蛋白和食用油，其莖葉則是經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)“豆丹”（Doudan）的重要飼料來(lái)源。然而，傳統(tǒng)育種方法難以同時(shí)優(yōu)化大豆的籽粒產(chǎn)量和飼料特性。隨著基因編輯技術(shù)的快速發(fā)展，CRISPR/Cas9為精準(zhǔn)改良作物性狀提供了強(qiáng)有力的工具。
本研究通過(guò)編輯大豆中的開(kāi)花素基因GmFT2a和GmFT5a，成功創(chuàng)制出兼具高產(chǎn)籽粒和高生物量的種質(zhì)。在短日照條件下，雙突變體表現(xiàn)出顯著的籽粒產(chǎn)量提升，主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)和單株莢數(shù)顯著增加。在長(zhǎng)日照條件下，雙突變體的總生物量顯著提高，表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期延長(zhǎng)、葉片增大、分枝和節(jié)數(shù)增加。雙突變體的可溶性蛋白和可溶性糖含量保持不變，而苯丙氨酸含量增加、單寧含量降低，可作為優(yōu)質(zhì)莖葉飼料。研究進(jìn)一步揭示了GmFT2a和GmFT5a調(diào)控大豆株型的分子機(jī)制。GmFT2a和GmFT5a蛋白不僅相互結(jié)合，還與大豆分枝和結(jié)莢習(xí)性關(guān)鍵基因Dt2和SOC1a相互作用，形成復(fù)合物，強(qiáng)烈激活下游基因GmAp1s的表達(dá)，從而影響大豆的株型發(fā)育。該研究為培育適應(yīng)不同生產(chǎn)需求的大豆品種提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐，有助于提高大豆的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
研究成果近期在線發(fā)表于國(guó)際期刊International Journal of Biological Macromolecules。東北地理所2021級(jí)已畢業(yè)碩士研究生熊尚上與2022級(jí)碩士研究生王雪榮為論文的共同第一作者，翟紅項(xiàng)目研究員為通訊作者。本研究受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32272187)、中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年科學(xué)家小組項(xiàng)目（2022QNXZ05）和黑龍江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃創(chuàng)新基地項(xiàng)目（JD24A011）共同資助。
論文信息：
Shang-Shang Xiong1,Xue-Rong Wang1,Kai-Kai Han,Wen-Tian Lu,Xiao-Yv Kong,Rong Fan,Xin-Le Sun,Jia-Qi Tang,Ying-Lu Ji,Kai Wu,Dan-Dan Guo,Zhao Wan,Jia-Ning Xun,Shuang Jiao,Hong Zhai *. Creation of dual-purpose soybean germplasm for grain and forage by CRISPR/Cas9-mediated targeting mutation of GmFT2a and GmFT5a. International Journal of Biological Macromolecules,2025.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.142234
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