大豆光周期基因CONSTANS的功能研究

CONSTANS (CO) is a central regulator of flowering in response to inductive photoperiods in model plants Arabidopsis thaliana and rice. However, the role of CO orthologs in regulating flowering time in soybean has not been elucidated. In this study, GmCOL1a and GmCOL1b, the soybean ortholog genes of CO had been indentified and will be overexpressed in soybean and in Arabidopsis, and the silencing of soybean orthologs of CO will also be conducted via RNA interference (RNAi). Function of soybean orthologs of CO on the photoperiod response pathway in soybean will be fully analyzed in these transgenic lines. In addition, the expression pattern of GmCOL1a and GmCOL1b will be analyzed in order to demonstrate the position of CO in photoperiods flowering pathway and the interaction between soybean orthologs of CO and other maturity genes including FT, E1, E2, E3 and E4. Based on this study, we will generate transgenic soybean events overexpressing of soybean orthologs of CO or silencing of GmCOLs, which can provide germplasm resources for soybean breeding. Furthermore, we will characterize the function of soybean orthologs of CO in regulating flowering time and their interactions with other maturity genes, to unravel the photoperiod response pathway in soybean, to aim for paving the way for improving soybean yield.

模式植物拟南芥和水稻的研究结果表明，CONSTANS（CO）基因在光周期调控中起核心作用。但到目前尚未有鉴定大豆CO基因功能和揭示大豆CO基因在光周期调控中作用的报道。本研究在前期研究已经鉴定出2个大豆CO类似基因GmCOL1a和GmCOL1b的基础上，将利用拟南芥互补实验、大豆遗传转化和RNAi技术，系统全面地验证大豆CO基因的功能。同时通过对CO与大豆其它生育期基因FT、E1、E2、E3、E4之间的表达类型分析，明确CO基因在光周期调控途径中的位置，以及这些基因间的相互作用关系。本研究的顺利进行不仅能获得大豆CO基因过表达和RNAi表达突变体转基因品系，为育种提供新材料；而且能够首次在大豆中验证大豆CO基因的功能，明确CO基因在大豆光周期调控中的作用，为进一步揭示大豆生育期复杂的分子机制，最终解决大豆产量问题提供理论基础。

模式植物拟南芥和水稻的研究结果表明，CONSTANS（CO）基因在光周期调控中起核心作用。但是，在豆科植物（豌豆、苜蓿和百脉根）中，CO同源基因的表达模式都与AtCOL1/2相似，而AtCOL1/2被证明对花期调控没有明显作用，因此，推测豆科CO同源基因在开花调控中的功能可能已经丢失。本研究在前期研究已经鉴定出2个大豆CO类似基因GmCOL1a和GmCOL1b的基础上，利用大豆遗传转化等系统全面地验证大豆CO基因的功能。结果表明：在长日照条件（LD），E3E4促进E1的表达，但是其调控效率有所差异，E3对E1表达的调控作用大于E4。E2受E3E4正调控的同时又受E1负调控。GmCOL1a和GmCOL1b 受E1、E2和E3E4正调控。尽管GmCOL1a/1b的时空表达模式与拟南芥AtCOL2相似，但是GmCOL1b的突变导致早花，GmCOL1a的过表达导致晚花。此外，GmFT2a和GmFT5a 以及 E1 和E2受GmCOL1a过表达负调控。由于E1和E2影响大豆CO的表达，反之，大豆CO又调控E1和E2的表达，表明它们之间肯能存在反馈抑制，从而协同调控大豆开花。以上研究表明，大豆 CO 在光周期调控开花途径中的起开花抑制功能。