大豆SKW基因的克隆和功能分析

The use of heterosis is one of the most effective methods to improve the yield of soybean. Soybean is a typical self-pollinating crop, it is nearly impossible to yield hybrid seeds by anemophily in hybrid seed production. It has great value for commercial production of soybean hybrid seeds to obtain soybean flowers suitable for anemophily. In order to find genetic factors controlling the shape of soybean flowers, we screened a large gamma-ray mutagenesis population. The symmetric kews and wings(skw) mutants are characterized with completely symmetrical petals and keels in this population. In this project, we will clone SKW gene, investigate the interactions among SKW gene ,TCP genes and MYB genes, indentify new factors interacting with SKW gene , analyze the molecular networks controlling the shape of soybean flowers, and provide new soybean lines suitable for hybrid seed production. This work will help us to comprehend the molecular mechanism controlling flower shape of soybean and provide the experimental clues for gene function divergence during the evolution of self-pollination habit in plant.

杂种优势的利用是提高大豆单产的最有效措施之一。大豆是严格自花授粉作物，其特殊的花器官特征使得大豆杂交种制种无法通过风媒方式实现，探索改造适合风媒传粉的大豆花型具有重要的实用价值。为寻找适合改造大豆花型的遗传因子，申请人通过对大豆辐射诱变突变群体的大规模筛选，获得了一类翼瓣和龙骨瓣完全对称的突变体（symmetric kews and wings，skw）。本项目将克隆控制大豆花瓣对称性的SKW基因，分析SKW基因与控制花整体对称性的TCP和MYB家族基因之间的关系，寻找与SKW基因相互作用的新因子，解析控制大豆花型的分子调控网络。本项目的实施将为揭示控制豆科花瓣对称性的分子机理提供实验证据，为设计培育适合杂交育种的大豆新品系提供育种材料和基因资源，为最终实现杂交大豆的商业化生产提供有力的技术支撑；同时，本项目还将为揭示植物自花授粉习性形成过程中关键基因的功能演化提供实验证据。

杂种优势的利用是提高大豆单产的最有效措施之一。大豆是严格自花授粉作物，其特殊的花器官特征使得大豆杂交种制种无法通过风媒方式实现，探索改造适合风媒传粉的大豆花型具有重要的实用价值。.为寻找适合改造大豆花型的遗传因子，课题通过对大豆辐射诱变突变群体的大规模筛选，获得了一类翼瓣和龙骨瓣完全对称的突变体（symmetric kews and wings, skw）。首次克隆了控制花瓣内部不对称性的SKW基因，通过扫描电镜观察不同发育时期的花器官，证明其在器官原基起始后的发育过程中调控花瓣不对称性的形成；通过原位杂交、定量检测等方法发现SKW基因在大豆花瓣发育过程中存在左右不对称的精细表达模式，进一步通过转录组分析和DAP测序分析等方法筛选获得了SKW基因直接调控的下游基因，结合候选下游基因表达和突变体材料的鉴定，证明SKW基因通过直接调控细胞壁代谢相关基因决定花瓣的不对称性的建立。上述研究结果建立了SKW基因调控的大豆花瓣内部不对称性调控模式。.根据前期的研究结果，通过实验室的Tilling平台和基因编辑平台，筛选和创制大豆中控制花器官背腹不对称性的CYC家族突变材料，并且构建了CYC基因的多突变体；利用原位杂交、定量检测等方法证实CYC基因抑制了SKW基因在背部花瓣的表达，同时通过酵母双杂、免疫共沉发现大豆中CYC蛋白之间以及CYC和SKW蛋白间存在复杂的互作关系。在建立的SKW基因表达和互作蛋白调控网络的基础上，进一步整合SKW与CYC和下游基因之间的遗传调控关系，建立了比较完整的大豆花器官不对称性和花瓣不对称性互作调控网络；而且获得的互作蛋白以及下游基因的突变材料已经开始应用于杂交大豆的花型改造中。.通过课题开展，在国际上首次发现和解析了控制花瓣内部不对称性的关键基因，阐明了控制豆科花器官不对称性和花瓣内部不对称性这两个层面器官形态决定之间的复杂遗传调控关系，对于理解自然界花器官形态变异具有重要的理论价值；而且，通过对大豆花型调控通路的解析，筛选和创制了一系列大豆花型相关的关键调控基因的种质资源，为开展杂交大豆花型改造打下良好的基础。具有重要的科学意义和应用价值。