大豆长童期性状控制基因J的克隆与功能分析

Soybean long juvenile (LJ) trait not only controls flowering time and maturity but also soybean yield under the low latitude environment. Understanding the molecular mechanism underlying LJ trait regulation is critical for soybean molecular breeding under the low latitude environment. Therefore, in this study, we will identify and characterize the classical LJ trait controlling gene J by combining map-based cloning and next generation resequencing. The genetically regulative relationships of J with known maturity genes, E1, E2, E3, E4, CO and FT will be genetically determined using these maturity gene isolines and transgenic lines. After this study, we will be able to understand the molecular mechanism of photoperiod regulated flowering and maturity under the short-day conditions and facilitate the study of soybean yield more accurately. The gene-specific markers of mutation allele for maturity gene will add the value for molecular breeding.

大豆长童期性状是低纬度地区栽培大豆中控制生育期和产量最重要的性状。本研究将在申请者前期生育期基因功能基因组方面的良好研究基础上，结合新一代全基因组测序技术，图位克隆大豆经典长童期基因J并鉴定基因功能，解析J基因与已克隆的生育期基因E1、E2、E3、E4、CO和FT之间的调控作用关系，阐明阐明J基因调控大豆短日照开花的分子机理，为在国际上率先开展在生育期基因型精细鉴定基础上，研究产量相关基因功能基因组学奠定理论基础；同时通过对已有大豆品种资源生育期基因型鉴定，筛选出适宜的大豆资源，为大豆分子育种提供新材料和新途径。

大豆(Glycine max)是光周期敏感的植物, 该特性是决定其生育期及其生态适应区的关键因素。温带的大豆品种引种到热带地区(短日照)时, 开花期和成熟期提前、产量降低, 限制了大豆在热带地区的种植。长童期(LJ)大豆品种的发现是解决该问题的重要突破。在短日照条件下, LJ品种比温带品种开花晚、体量大、成熟晚且产量提高。前期研究发现, J位点是控制LJ性状的关键位点。近期, 我国科学家通过精细定位克隆了J基因, 发现其与拟南芥(Arabidopsis thaliana)早花基因(ELF3)同源。他们通过功能互补和近等基因系等方法验证了J基因的功能, 在短日照条件下, 等位基因j比J开花晚、成熟晚且产量提高。进一步研究发现, J蛋白与E1基因(豆科植物开花抑制因子)的启动子结合抑制E1基因的表达, 从而解除E1对大豆开花基因(FT)的抑制, 促进大豆在短日照下开花。研究还发现在大豆种质资源中存在多种j等位变异。该课题首次图位克隆和阐明了大豆适应热带地区的重要基因J的分子机制，原创性发现大豆特有的光周期调控开花的PHYA-J-E1-FT分子调控途径，突破了以拟南芥为代表的CO-FT途径为主要途径的既往经典研究结果，揭示了大豆特异的开花调控机制，丰富了植物学光周期理论内容。该研究结果对于加快低纬度区域大豆分子育种提供了分子标记，有利于打破大豆的种植区域的限制。该研究引领了大豆生育期遗传研究的新方向, 揭示了大豆向热带地区发展的遗传基础。