近日，中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所大豆育種技術(shù)創(chuàng)新與新品種選育創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)闡述了子葉的開花誘導(dǎo)功能及其分子基礎(chǔ)，揭示了子葉在早熟大豆品種適應(yīng)高緯度長日照環(huán)境中的獨(dú)特作用。相關(guān)研究在線發(fā)表于《植物細(xì)胞和環(huán)境》。
據(jù)通訊作者韓天富研究員介紹，大豆是典型的短日照植物，起源于中低緯度地區(qū)，然而近代以來，高緯度長日照地區(qū)卻逐步成為北半球大豆的主要產(chǎn)區(qū)。已有的研究表明，E1-E4、GmPRRs等開花抑制基因突變導(dǎo)致葉片光周期敏感性降低是大豆生育期縮短、種植區(qū)域不斷向高緯度地區(qū)推移的重要原因，但不同節(jié)位葉性器官在大豆光周期反應(yīng)中的作用是否存在差異尚不明確。
該團(tuán)隊(duì)在利用嫁接技術(shù)研究大豆根冠關(guān)系的過程中，偶然發(fā)現(xiàn)當(dāng)來自中國東北北部地區(qū)的極早熟品種做砧木時(shí)，盡管只保留子葉，仍可在長日照條件下促進(jìn)晚熟品種接穗開花，而來自黃淮地區(qū)的中熟品種做砧木時(shí)則無此功能。考慮到在高緯度地區(qū)大豆苗期日照長、鼓粒期日照短的特殊情況，該團(tuán)隊(duì)提出了以下兩種推測：母體植株在短日條件形成開花刺激物質(zhì)，轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存到尚處于“襁褓”期的幼嫩子葉中，進(jìn)而呵護(hù)后代植株在長日照下早花早熟；下一代植株出苗后，子葉迅速合成開花刺激物質(zhì)，盡快啟動(dòng)生殖生長過程。
該團(tuán)隊(duì)通過多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明子葉的開花誘導(dǎo)效應(yīng)是在出苗后產(chǎn)生的，而不是繼承了親代植株合成并儲(chǔ)存于子葉中的開花刺激物質(zhì)。子葉出土見光后，“成花素”編碼基因GmFT2a迅速高水平表達(dá)，進(jìn)而上調(diào)花分生組織特性基因GmAP1等下游基因的表達(dá)，是導(dǎo)致早熟大豆品種在長日下早花早熟的重要內(nèi)在原因。根據(jù)上述研究結(jié)果，該研究提出了大豆通過幼苗子葉的開花誘導(dǎo)效應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)高緯度地區(qū)長日環(huán)境的“自立”模型。
研究人員還通過去除子葉節(jié)以上莖節(jié)，創(chuàng)制了一種以子葉為主要光合和信號(hào)感受器官的“子葉植株”，發(fā)現(xiàn)此類植株能夠獨(dú)立完成開花、結(jié)實(shí)的整個(gè)生命過程，并產(chǎn)生新的正常種子。通過培養(yǎng)條件的探索，建立了以“子葉植株”為基礎(chǔ)的大豆及雙子葉植物光周期反應(yīng)機(jī)制研究的模式系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有占用空間小、目標(biāo)器官壽命長（子葉可存活3個(gè)月以上）、取樣部位集中（子葉）、便于大規(guī)模操作和精準(zhǔn)控制等優(yōu)點(diǎn)，具有重要利用價(jià)值。
該研究成果對高緯度長日照地區(qū)大豆等短日作物的早熟育種和栽培具有一定指導(dǎo)意義。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/pce.14120
