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我国黄淮海地区早在5000年前就开始种植大豆，现已成为世界各地农户青睐的农作物。
5000年前，我国黄淮海地区开始种植大豆，在当今世界农业生产中占有重要地位。 但大豆对光周期极为敏感，单一品种或种质资源一般只能种植在纬度跨度小的区域。 起源于黄淮海地区的大豆怎么“周游世界都不怕”呢？
近日，广州大学孔凡江、刘宝辉教授团队在《自然遗传学》杂志上发表的最新研究，挖掘了两种长日照条件下大豆开花期调控的关键位点Tof11和Tof12，揭示了该同源基因逐步进化促进大豆适应中高纬度地区的分子机制
发掘控制开花期的两个关键
光周期现象是指生物对昼夜光暗循环变化的响应，许多一年生植物的开花时间取决于每日日照时间的长短。 孔凡江对科技日报记者说：“大豆有一个特点，对光的周期极为敏感。 例如，北京的大豆品种，未经改良就拿来广东才能栽培。 大豆为什么对光敏感？ 如果不能回答这个问题，大豆品种的育种、推广就会受到限制。 ”
在基因组学大数据的帮助下，孔凡江团队的研究逐节展开。 他们从种子资源库中提取野生大豆、农户和现代培育品种，对全基因组进行测序和序列分析，追踪野生大豆从栽培到大豆驯化的基因组变化。 “野生大豆开花成熟晚，如果这种特性成为栽培大豆，大豆的栽培就会受到限制。 因为种植大豆必须早开花，才能早成熟，提高产量。 ”孔凡江说。
他们先后测定了1000多个大豆品种，根据各品种开花期表型和基因型，进行全基因组关联分析，最终找到了控制花期变化、早熟的两个基因关键位点Tof11和Tof12。 然后用孟德尔遗传杂交方法克隆了这两个基因。
“这两个基因说明了野生大豆和栽培大豆对光周期的敏感性不同的原因，以及它们是如何控制光周期的。 此次研究成果讲述了5000年前大豆驯化过程中可能发生的故事。 ”孔凡江直言，没有高通量的基因组学分析、生物信息学、经典正向遗传学等现代生物技术，就无法走过这些驯化过程。
光周期开花是作物早期驯化的重要性状
“Tof11和Tof12是双胞胎，属于同源基因。 他们通过调控LHY和E1基因调控大豆光周期开花，建立了完整的光周期调控分子网络。 ”。 在研究中，孔凡江团队发现了这对“双胞胎”调节大豆开花期、生长发育的方式。
原来，“双胞胎”发生了渐进的变异和人工选择。 他介绍，两人的分工是Tof12先发生突变，普遍提前栽培品种的开花期和成熟期，但这不能完全适应栽培大豆的特性。 其次Tof11在Tof12的基础上发生突变，两个基因突变后，进一步缩短了栽培大豆的开花期和生育期，促进了栽培大豆在中高纬度地区的适应和栽培。
作物驯化过程涉及一系列驯化综合特征性状的变化。 “驯化作物的品种在推广、转移过程中发生变化，这被称为性状改良。 但没有证据证明开花是早晚驯化的特性。 ”孔凡江说，他和团队发现的Tof12基因证明了光周期迟钝的选择可能是大豆早期驯化的重要事件，首次系统报道了作物驯化过程中开花期基因的进化和选择分子机制，即开花可以追溯到早期驯化过程
对此，中国农业大学教授田丰认为，该研究证实了光周期适应性变化可能是作物早期驯化的重要进化步骤，研究结果为其他作物驯化研究提供了重要参考。
“拾起”野生大豆中的优良基因
有趣的是，最初孔凡江没想到这个“双胞胎”基因与驯养有关。 “一开始我一般进行定位，寻找早熟、晚熟的基因。 后来发现野生大豆与栽培大豆的亲本杂交才能找到Tof11和Tof12。 ’这是否意味着与5000年前驯化开花期的变化有关？ 孔凡江顺藤摸了摸瓜，真的找到了。
这项研究对大豆在不同纬度地区的栽培有何影响？ 孔凡江表示，研究揭示了大豆不同纬度的生态适应性机制，为不同纬度的大豆育种提供了理论指导和重要基因资源。 今后栽培大豆的筛选、育种将更加明确，节约筛选时间。
“在驯化过程中，野生大豆遗传多样性的50%在栽培大豆中失去了。 因此，我们不妨通过调控重要农艺性状的关键基因及其分子机制，再次“拾起”控制野生大豆驯化中失去的优良性状的基因，并应用于目前的分子设计育种，观察能否提高产量。 ”孔凡江说。 (本报记者叶青)
资料来源：科技日报
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