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大豆古稱菽,，大約5000年前，栽培大豆起源于我國,，由分布于我國黃淮海區(qū)域（北緯32-40度）的野生大豆馴化而來,，在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全中占據(jù)著重要的地位。上世紀90年代以來,，隨著大豆在熱帶地區(qū)種植面積的快速擴張,，巴西現(xiàn)已成為世界第一大大豆生產(chǎn)國。大豆是光周期極為敏感的典型短日照作物,，單個品種或種質(zhì)資源一般只適宜種植于緯度跨度較小的區(qū)域內(nèi),，那么起源于溫帶黃淮海區(qū)域的大豆是如何適應熱帶的生態(tài)環(huán)境呢？又是如何影響大豆的產(chǎn)量和在世界范圍的種植分布呢,？

廣州大學孔凡江/劉寶輝研究團隊多年以來對大豆光周期調(diào)控的開花途徑和適應性機制進行了長期系統(tǒng)和深入的研究,，并取得了一系列重要進展。2010年,，該團隊首次證明大豆中FT2a和FT5a具有與擬南芥FT相同的功能,，FT2a和FT5a的表達水平受PHYA介導的光周期調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控，二者協(xié)同控制開花使大豆能夠適應廣泛的光周期環(huán)境（Kong et al.,Plant Physiology, 2010）,。2017年,，該團隊報道了大豆長童期(Long Juvenile, LJ)關(guān)鍵基因J的圖位克隆及進化機制，揭示了大豆特異的光周期調(diào)控開花的PHYA(E3E4)-J-E1-FT調(diào)控通路,，也闡明了J基因的變異提高大豆低緯度適應性和產(chǎn)量的機制（Lu et al.,Nature Genetics, 2017）,。2020年,，該團隊又發(fā)表了關(guān)于馴化過程中大豆光周期適應性進化的研究成果，系統(tǒng)闡明了馴化過程中大豆適應性的基因逐步進化與選擇機制（Lu et al.,Nature Genetics, 2020）,，從而確認了光周期開花是作物馴化核心事件,。2021年該團隊又發(fā)表文章解析了大豆夜間復合體（Soybean Evening Complex, SEC）調(diào)控光周期敏感性與光周期現(xiàn)象的遺傳機制。揭示了SEC-E1調(diào)控分子模塊是大豆光周期反應的核心分子模塊,，從而揭開了100年前發(fā)現(xiàn)的大豆光周期現(xiàn)象分子遺傳機制的神秘面紗（Bu et al.,PNAS, 2021）,。

7月15日，該團隊在國際權(quán)威期刊Current Biology在線發(fā)表了題為Overcoming the genetic compensation response of soybean florigens to improve adaption and yield at low latitudes的研究論文,，進一步揭示了大豆低緯度適應性的分子遺傳機制,。該研究通過圖位克隆和群體遺傳學分析發(fā)現(xiàn)，大豆兩個FT同源基因,，FT2a和FT5a,，分別編碼兩個LJ性狀QTL位點，進一步研究發(fā)現(xiàn),，FT2a和FT5a的變異能抑制AP1的轉(zhuǎn)錄,，從而延遲短日照條件下大豆的開花和成熟，研究還發(fā)現(xiàn),，ft2a和ft5a的單突變體表現(xiàn)出嚴重的遺傳補償反應(Genetic compensation response),，開花期延遲相對較少，而ft2a ft5a雙突變則可以打破這種補償反應,，表現(xiàn)出增強的LJ表型,，并在低緯度地區(qū)的短日照條件下轉(zhuǎn)化為更高的產(chǎn)量。

圖1.低緯度大豆群體中FT2a和FT5a自然變異的分布

低緯度大豆群體重測序分析表明,，FT2a和FT5a的變異具有不同的地理起源,，并在大豆向低緯度熱帶地區(qū)擴散過程中發(fā)揮了不同的作用，并且這種作用是獨立于經(jīng)典LJ位點J的新調(diào)控途徑,。這些研究結(jié)果為提高大豆在熱帶環(huán)境中的適應性和產(chǎn)量提供了新的策略,，而整合開花素基因的自然變異以適應當?shù)丨h(huán)境和提高產(chǎn)量也為其它作物育種提供了重要的視角。

圖2.兩個FT補償式的調(diào)控AP1的轉(zhuǎn)錄

已畢業(yè)博士李曉明,、廣州大學分子遺傳與進化創(chuàng)新研究中心的博士后方超,、福建農(nóng)林大學楊永慶、廣州大學生命科學學院講師呂天曉和中國科學院東北地理所蘇彤博士為文章的共同第一作者,，孔凡江教授和劉寶輝教授為文章的通訊作者,。該研究得到了國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金重大項目,、國家自然科學杰出青年基金,、廣東省基礎(chǔ)與應用重點項目研究和中國博士后基金的資助。