大豆FT家族基因KASP标记开发及其在光周期适应性育种中的应用研究

本研究针对大豆光周期敏感性强导致品种适应性受限的关键问题，通过系统分析大豆FT（FLOWERING LOCUS T）家族基因的功能分化和自然变异，开发出7个与开花期显著关联的KASP（Kompetitive Allele-Specific PCR）分子标记（选择效率达97.56%-100%），为大豆光周期适应性育种和种质创新提供了高效精准的分子工具。该研究首次揭示第92位氨基酸和Segment B结构域（129/131/134/135位点）是决定GmFT功能分化的关键位点，并通过82个品种验证了标记的基因分型准确性。

　　

大豆作为典型的短日照作物，其开花时间和生长周期高度依赖光周期信号，这种特性严重限制了品种的地理适应范围。在中国，从黑龙江到云南的广阔种植区内，不同生态区需要匹配特定成熟期组（MG）的品种，而传统育种方法周期长、效率低。如何通过分子手段精准调控开花时间，成为突破大豆适应性瓶颈的关键。更复杂的是，大豆FT基因家族在进化过程中通过全基因组复制事件扩张为10个成员，形成促进（如GmFT2a/GmFT5a）和抑制（如GmFT1a/GmFT4）开花的"跷跷板模型"调控网络，但决定其功能分化的分子机制尚不明确。

中国农业科学院作物科学研究所的研究人员通过多组学分析和大规模种质验证，系统解析了大豆FT家族的功能分化机制并开发高效分子标记。研究发现第92位氨基酸（天冬氨酸D/天冬酰胺N）如同"分子开关"决定基因的促花或抑花功能，而Segment B结构域（129/131/134/135位点）的变异则调控开花效应的强度。基于SoyOmics数据库的2,363份种质单倍型分析，筛选出7个与开花期显著关联的SNP位点（如GmFT1a-60297360导致R129P变异），开发的KASP标记在82个跨MG品种中验证时，发现GmFT1a-CC基因型在MG III-VIII品种中出现频率达92%，而MG 00-I品种中完全缺失，显示其与晚花表型的强关联。该成果发表于《Oil Crop Science》，为分子设计育种提供了"基因型-表型"精准对应的技术体系。

研究采用四大关键技术：1) 基于NCBI/SoyBase的FT家族基因生物信息学分析，通过MEGA 11构建系统发育树和TBtools进行共线性分析；2) 利用SoyOmics数据库对80份野生种、851份地方种和1,432份育成种进行启动子（2 kb）和编码区变异扫描；3) 针对7个关键SNP位点设计KASP引物（含FAM/HEX荧光标记），采用HiGeno 2× Probe Mix试剂盒在QuantStudio? 7 Flex系统上完成82份材料的基因分型；4) 通过Kluster Caller软件分析荧光信号，关联不同单倍型与开花表型。

【3.1 大豆FT基因家族的鉴定与进化分析】
系统发育树显示促花GmFT2a/GmFT5a与拟南芥AtFT聚为一支，而抑花GmFT1a/GmFT4形成独立分支。共线性分析揭示染色体16/18/19上存在片段复制事件，说明功能分化与基因组复制相关。

【3.2 GmFT蛋白关键氨基酸变异导致功能分化】
Segment B结构域的129/131/134/135位点构成"功能热点"，其中第92位氨基酸在促花基因中保守为D，抑花基因中为N。GmFT2b的R126H突变（Chr16:31739433）位于高度保守区，与早花表型显著相关。

【3.3 大豆FT基因家族单倍型分析】
在GmFT1a（Chr18）发现48个SNP和16种单倍型，其中H3/H5/H6单倍型携带R129P/G137A突变，使开花延迟15天。启动子区变异主导GmFT2a（31,695,562位A-T转换）和GmFT5b（37,490,962位G-A转换）的表型变异。

【3.4 82个大豆品种的KASP标记开发】
GmFT2a-TT基因型在MG 00-III品种中占比85%，而MG VIII中完全缺失；GmFT5b-AA基因型在MG 00-II中占63%，显示这些标记对成熟期组划分的预测准确性。

讨论部分强调三个突破：1) 首次明确大豆FT家族"功能热点"的分子坐标，为蛋白工程改造提供靶点；2) 开发的KASP标记可实现"北扩南移"育种设计——利用GmFT1a-CC型培育适合低纬度的晚熟品种，GmFT2a-TT型选育高纬度早熟品种；3) 建立的"单倍型-成熟期"关联模型，使育种周期从传统5-8年缩短至2-3年。该研究为应对气候变化下的作物适应性挑战提供了范式，未来可通过编辑Segment B关键位点创制"光周期钝感"新种质。