中科院学者最新Nature Genetics文章

　　

生物通报道：来自中科院东北地理与农业生态研究所，广州大学，中科院遗传与发育研究所等多处的研究人员发表了题为“Natural variation at the soybean J locus improves adaptation to the tropics and enhances yield”的文章，通过正向遗传学的方法图位克隆了J基因，揭示了大豆特异的光周期调控开花的PHYA(E3E4)-J-E1-FT遗传网络，这将有助于大豆在低纬度地区的推广和大豆生产。

这一研究成果公布在3月20日的Nature Genetics杂志上，文章由中科院东北地理所孔凡江研究组和刘宝辉研究组，中科院遗传与发育生物学研究所田志喜研究组，中科院华南植物园侯兴亮研究组合作完成，第一作者为东北地理所芦思佳博士、赵晓晖博士、华南植物园博士研究生胡一龙、遗传发育所博士研究生刘书林和东北地理所南海洋博士。

大豆是世界上重要的经济粮食作物，起源于我国黄淮海地区，是典型的短日照作物。通常，当高纬度地区大豆品种引种到低纬度区域时，由于其对光周期极其敏感，成熟期大大提前，导致大豆植株生物量和产量降低，这极大程度限制了低纬度地区的大豆种植。大豆长童期 (Long Juvenile, LJ) 性状在上世纪70年代被发现，并成功应用于低纬度地区大豆育种。LJ性状的导入，突破了大豆在低纬度地区产量极低的限制，使大豆在低纬度（尤其是南美地区）得以快速扩张和推广。上世纪90年代，研究发现J是控制大豆LJ性状的关键位点，然而其编码基因和分子调控机制一直未明确。

在这篇文章中，研究人员通过正向遗传学的方法图位克隆了J基因。发现J基因是拟南芥EARLY FLOWERING 3(ELF3)的同源基因，通过功能互补实验和近等基因系等方法验证了该基因的功能，且在低纬度条件下（短日照条件），突变型j与野生型J相比能提高大豆产量达30-50%。

并且通过进一步研究，研究人员发现在短日照条件下，J蛋白能够与大豆光周期开花的核心调控因子E1启动子的LUX结合元件直接结合，进而抑制E1基因的表达，从而解除了E1对FT的抑制，促进FT基因的表达上调。

同时，研究还发现J基因的表达受到光敏色素蛋白E3和E4的抑制，揭示了大豆特异的光周期调控开花的PHYA(E3E4)-J-E1-FT遗传网络（图1）。群体遗传学分析发现，J基因在适应低纬度大豆品种中至少存在着8种功能缺失型等位变异。J基因多种变异的产生是大豆适应低纬度地区和产量增加的重要进化机制，低纬度地区的环境压力是J基因产生变异的主要驱动力。这些等位变异对大豆在低纬度地区的推广和大豆生产必将起到重要的作用。

（生物通：万纹）

作者简介：

孔凡江，男，1972年生，东北地理与农业生态研究所研究员， 博士生导师，入选中国科学院“****”。近年共发表了十几篇SCI检索论文，在植物茉莉酸代谢生理、大豆分子遗传学和蛋白质组学领域具有较好的研究基础。特别是在大豆开花期基因FT的鉴别和功能鉴定方面取得了突破性进展，为揭示大豆生育期性状复杂的分子机理奠定了基础。　　

　　教育经历：

　　1993.09-1997.07 东北农业大学农学专业 学士

　　1999.08-1999.12 丹麦皇家农业科学院 访问学者

　　1999.09-2002.09 东北农业大学农学院 硕士

　　2003.05-2006.09 北海道大学农学研究科应用生命科学 博士

　　2006.10-2008.09 独立法人日本学术振兴会（JSPS） 特别研究员

　　2008.10-2009.03 独立法人日本农业食品综合研究机构 特别研究员 　　

　　主要研究方向：

　　控制大豆重要农艺性状的基因发掘与分子克隆，大豆遗传转化，大豆蛋白质组学，植物茉莉酸代谢与调控。　　

　　主要研究项目：

　　大豆开花期基因的发掘与功能分析。　
 

田志喜 男，研究员，博士生导师

研究方向：大豆功能基因组研究

　　1997年获河北农业大学学士学位，2000获河北农业大学硕士学位，2007年获中国科学院遗传所博士学位。2007-2010年美国普渡大学博士后，2010-2011年普渡大学Research Geneticist。2012年入选中科院“****”，终期评估优秀。2013年获“国家优秀青年基金”资助，2016年度获“国家杰出青年基金”资助。2016年获“第十四届中国青年科技奖”，2017年获“中青年科技创新领军人才”。主要研究方向为大豆功能基因组研究，重点对影响大豆产量、品质等重要农艺性状的网络调控系统进行解析，并致力于培育高产优质的大豆新品种。

研究方向：大豆功能基因组研究

大豆( Glycine max ) 原产中国，由祖先野生大豆(Glycine soja ) 长期定向选择、改良驯化而成。大豆是重要的粮食和油料作物，在我国已有5000多年的栽培历史。目前，中国已由大豆原产国和产豆大国转变为世界上最大的大豆进口国，大豆危机已经影响到我国的粮食安全。我们课题组利用关联分析、图位克隆和转基因手段，并结合比较基因组、生物信息学分析方法对影响大豆产量和品质的网络调控系统进行系统分析，揭示调控大豆器官发生、种子发育、植株形态建成以及品质形成的内在机制，为大豆分子育种奠定基础。

原文检索：

Lu S*, Zhao X*, Hu Y, * Liu S*, Nan H, Li X, Fang C, Cao D, Shi X, Kong L, Su T, Zhang F, Li S, Wang Z, Yuan X,. Cober E, Weller J, Liu B, Hou X**, Tian Z**, and Kong F**. 2017. Natural variation at the soybean J locus improves adaptation to the tropics and enhances yield. Nat Genet (in press)