含 Jumonji C 结构域蛋白 GmJMJ19 和 GmJMJ20 在大豆中将成花素信号转导与光周期开花及开花后株高的表观遗传调控联系起来

《Plant Communications》：The Jumonji C domain-containing proteins GmJMJ19 and GmJMJ20 link florigen signaling with epigenetic regulation of photoperiodic flowering and post-flowering plant height in soybean

　　

摘要

大豆（Glycine max）是一种光周期敏感的豆科植物，其纬度适应依赖于对开花时间和株高的精确调控。组蛋白去甲基化酶——含JmjC结构域（JMJ）蛋白家族成员——已在多种植物物种中被发现参与上述过程，但其在大豆中的具体作用仍 largely 未被探索。本研究鉴定了大豆中的GmJMJ19和GmJMJ20，这两个密切相关的JMJD5/KDM8同源蛋白，揭示了它们作为主调控表观遗传调控因子，协调控制光周期开花和开花后株高。两个基因均表现出固有的节律性表达，在ZT12达到表达峰值，其编码蛋白与开花素蛋白FT2a和FT5a发生物理互作。功能缺失突变体在长日照（LDs）条件下开花延迟，且在长日照和短日照（SDs）条件下株高均增加；而过表达表型复现了突变体的开花表型，揭示出正常功能需要严格的剂量要求。在机制层面，GmJMJ19和GmJMJ20被FT/FD转录复合物招募，通过染色质修饰直接激活AP1a和AP1c的表达。群体基因组分析揭示出不同的选择信号：GmJMJ19在驯化过程中经历了持续的方向性选择，而GmJMJ20则经历了早期驯化扫荡，后续变化有限。单倍型分析鉴定出协调的纬度渐变规律，其中JMJ19^H1/JMJ20^H1组合在高纬度地区占主导地位，促进早花并限制株高；而JMJ19^H2/JMJ20^H2以及野生型JMJ19^H3/JMJ20^H3等位基因在低纬度地区占优势，赋予晚花和高株特性。综上所述，本研究发现确立了GmJMJ19和GmJMJ20作为连接开花素信号传导与下游靶基因表达的核心染色质调控因子，并为在广泛纬度环境下培育区域性适应的大豆品种提供了宝贵的等位基因资源。