近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所大豆育種技術(shù)創(chuàng)新與新品種選育創(chuàng)新團隊系統(tǒng)闡述了子葉的開花誘導(dǎo)功能及其分子基礎(chǔ)，揭示了子葉在早熟大豆品種適應(yīng)高緯度長日照環(huán)境中的獨特作用。5月28日，相關(guān)研究在《植物細胞和環(huán)境（Plant, Cell & Environment）》上在線發(fā)表。

 

　　據(jù)韓天富研究員介紹，大豆是典型的短日照植物，起源于中低緯度地區(qū)，然而近代以來，高緯度長日照地區(qū)卻逐步成為北半球大豆的主要產(chǎn)區(qū)。已有的研究表明，E1-E4、GmPRRs等開花抑制基因突變導(dǎo)致葉片光周期敏感性降低是大豆生育期縮短、種植區(qū)域不斷向高緯度地區(qū)推移的重要原因，但不同節(jié)位葉性器官在大豆光周期反應(yīng)中的作用是否存在差異尚不明確。

 

　　該團隊在利用嫁接技術(shù)研究大豆根冠關(guān)系的過程中，偶然發(fā)現(xiàn)當來自中國東北北部地區(qū)的極早熟品種做砧木時，盡管只保留子葉，仍可在長日照條件下促進晚熟品種接穗開花，而來自黃淮地區(qū)的中熟品種做砧木時則無此功能?？紤]到在高緯度地區(qū)大豆苗期日照長、鼓粒期日照短的特殊情況，該團隊提出了以下兩種推測：（1）母體植株在短日條件形成開花刺激物質(zhì)，轉(zhuǎn)運、儲存到尚處于“襁褓”期的幼嫩子葉中，進而呵護后代植株在長日照下早花早熟；（2）下一代植株出苗后，子葉迅速合成開花刺激物質(zhì)，盡快啟動生殖生長過程。

 

　　該團隊通過多項實驗證明子葉的開花誘導(dǎo)效應(yīng)是在出苗后產(chǎn)生的，而不是繼承了親代植株合成并儲存于子葉中的開花刺激物質(zhì)。子葉出土見光后，“成花素”編碼基因GmFT2a迅速高水平表達，進而上調(diào)花分生組織特性基因GmAP1等下游基因的表達，是導(dǎo)致早熟大豆品種在長日下早花早熟的重要內(nèi)在原因。根據(jù)上述研究結(jié)果，該研究提出了大豆通過幼苗子葉的開花誘導(dǎo)效應(yīng)主動適應(yīng)高緯度地區(qū)長日環(huán)境的“自立”模型。研究人員

 

　　還通過去除子葉節(jié)以上莖節(jié)，創(chuàng)制了一種以子葉為主要光合和信號感受器官的“子葉植株”（下圖），發(fā)現(xiàn)此類植株能夠獨立完成開花、結(jié)實的整個生命過程，并產(chǎn)生新的正常種子。通過培養(yǎng)條件的探索，建立了以“子葉植株”為基礎(chǔ)的大豆及雙子葉植物光周期反應(yīng)機制研究的模式系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有占用空間小、目標器官壽命長（子葉可存活3個月以上）、取樣部位集中（子葉）、便于大規(guī)模操作和精準控制等優(yōu)點，具有重要利用價值。

 

　　該研究成果對高緯度長日照地區(qū)大豆等短日作物的早熟育種和栽培具有一定指導(dǎo)意義。

　　博士研究生許鑫為論文第一作者，韓天富研究員為通訊作者，作科所作物生物信息學(xué)及應(yīng)用創(chuàng)新團隊及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)賴錦盛教授也參加了此項研究。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程的支持。

 

　　論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pce.14120