GmFTL-RNAi转基因大豆的高产机制研究

It has strategic significance for China soybean production to improve soybean yield. Long vegetative phase results in high yield, but it is unsuitable in agriculture due to much later flowering. However, extending vegetative phase to a suitable extend may be a potential way to improve yield without cost of much late flowering in crop. Flowering Locus T (FT), a florigen gene, is a key integrator for flowering multiple-pathways. FT mutation results in later flowering and robust and healthy stature. Heterozygous of ft mutant exhibits significantly high yield. It indicates that fune-tuning FT-expression may be an efficient approach to improve crop yield. Our previous work showed that silencing of soybean FT homologs (GmFTL, Glycine max FTL-Like) resulted in distinctly high yield in different conditions. This proposal aims to uncover high-yield mechanism of GmFTL-RNAi soybean through a series of approaches in morpho-anatomy, physiology, transcriptome, metabolome, and molecular biology, and try to establish a planting proposal through semiplant test.

提高大豆单产对我国大豆生产安全具有重要的战略意义。营养生长时期长，开花晚，可以提高作物产量，但在生产上无法应用；而适当延迟开花时间则具有潜在高产效应。Flowering Locus T（FT）是一个最关键的成花素基因。FT基因的突变导致晚花、营养体健壮； FT 突变基因的杂合体在水稻和番茄中具有显著的高产表型。这表明，精细调节FT基因的表达量有望成为提高作物产量的有效途径。我们前期工作获得大豆FT同源基因GmFTL（Glycine max FTL-Like）的RNAi转基因大豆（GmFTL-RNAi大豆），它们在不同条件下都具有显著的高产表型。本项目将根据文献报道的线索，通过形态解剖学、生理学、转录组学、代谢组学和分子生物学等方法，综合解析GmFTL-RNAi大豆的高产机制，试图建立GmFTL对光合作用的调控途径；并且通过田间实验，探索GmFTL-RNAi大豆的高产栽培方案。

农作物的产量问题是一个永恒的战略问题，并得到广泛而深入的研究，也取得良好的效果。但是，目前的产量还是无法满足日益增加的人口数量。因而，进一步提高作物的产量具有重要的现实意义。作物的营养生长和生殖生长之间的相互作用影响大豆产量的形成：营养生长期长，产量高；但是，营养生长期长太长会导致开花晚，大豆无法在生产实际中正常成熟；而营养生长期短，往往导致营养生长量不足，产量降低。我们的研究目标是分析大豆开花基因的表达量对大豆开花时间和产量的分子机制及其生产实际应用。研究过程结合细胞生物学、分子生物学、植物生理学方法分析和农学的田间中间试验两方面相结合的方式展开，解析基因作用机制，阐明基因的应用前景和方法策略。本项目的研究结果阐明精细下调成花素基因的表达量，可以有效提高大豆的产量；我们还筛选到高产优异转基因株系GmFTL-RNAi#1，它可以作为高产的优异新种质资源。该株系在多年多点的田间试验中显示出高产的表型。对相应材料的详细分析发现，GmFTL-RNAi的高产机制是通过调控GmGRF5基因直接促进GTG1的表达，进而提高光合作用效率来实现的，因而构建“GmFT/GmFD-GmGRF5-GTG1-光合作用-产量”的调控通路。因为成花素和GmGRF5基因在植物中高度保守，因而我们的高产策略具有广泛的应用价值。同时，我们开始构建成花素相关的突变体，为深入研究相关机制做准备。项目总体基本完成各项任务指标。研究成果已经发表一篇文章，获批一项专利，申请一项PCT专利，培养五位学生。