揭示了子葉對早熟大豆適應高緯度長日照環境中的作用

　　近日，中國農業科學院作物科學研究所大豆育種技術創新與新品種選育創新團隊系統闡述了子葉的開花誘導功能及其分子基礎，揭示了子葉在早熟大豆品種適應高緯度長日照環境中的獨特作用。5月28日，相關研究在《植物細胞和環境（Plant, Cell & Environment）》上在線發表。

　　據韓天富研究員介紹，大豆是典型的短日照植物，起源于中低緯度地區，然而近代以來，高緯度長日照地區卻逐步成為北半球大豆的主要產區。已有的研究表明，E1-E4、GmPRRs等開花抑制基因突變導致葉片光周期敏感性降低是大豆生育期縮短、種植區域不斷向高緯度地區推移的重要原因，但不同節位葉性器官在大豆光周期反應中的作用是否存在差異尚不明確。

　　該團隊在利用嫁接技術研究大豆根冠關系的過程中，偶然發現當來自中國東北北部地區的極早熟品種做砧木時，盡管只保留子葉，仍可在長日照條件下促進晚熟品種接穗開花，而來自黃淮地區的中熟品種做砧木時則無此功能。考慮到在高緯度地區大豆苗期日照長、鼓粒期日照短的特殊情況，該團隊提出了以下兩種推測：（1）母體植株在短日條件形成開花刺激物質，轉運、儲存到尚處于“襁褓”期的幼嫩子葉中，進而呵護后代植株在長日照下早花早熟；（2）下一代植株出苗后，子葉迅速合成開花刺激物質，盡快啟動生殖生長過程。

　　該團隊通過多項實驗證明子葉的開花誘導效應是在出苗后產生的，而不是繼承了親代植株合成并儲存于子葉中的開花刺激物質。子葉出土見光后，“成花素”編碼基因GmFT2a迅速高水平表達，進而上調花分生組織特性基因GmAP1等下游基因的表達，是導致早熟大豆品種在長日下早花早熟的重要內在原因。根據上述研究結果，該研究提出了大豆通過幼苗子葉的開花誘導效應主動適應高緯度地區長日環境的“自立”模型。研究人員

　　還通過去除子葉節以上莖節，創制了一種以子葉為主要光合和信號感受器官的“子葉植株”（下圖），發現此類植株能夠獨立完成開花、結實的整個生命過程，并產生新的正常種子。通過培養條件的探索，建立了以“子葉植株”為基礎的大豆及雙子葉植物光周期反應機制研究的模式系統。該系統具有占用空間小、目標器官壽命長（子葉可存活3個月以上）、取樣部位集中（子葉）、便于大規模操作和精準控制等優點，具有重要利用價值。

　　該研究成果對高緯度長日照地區大豆等短日作物的早熟育種和栽培具有一定指導意義。

　　博士研究生許鑫為論文第一作者，韓天富研究員為通訊作者，作科所作物生物信息學及應用創新團隊及中國農業大學賴錦盛教授也參加了此項研究。該研究得到國家重點研發計劃、財政部和農業農村部國家現代農業產業技術體系及中國農業科學院農業科技創新工程的支持。