廣州大學孔凡江/劉寶輝教授團隊聯合黑龍江省農業科學院、南京農業大學等科研人員，解析了Tof18（SOC1a）調控大豆產量和緯度適應性的分子機制。相關研究近日在線發表于《當代生物學》（Current Biology）。
大豆是典型的短日照作物，對光周期極為敏感。光周期調控開花不僅影響大豆的種植適應性，而且決定著大豆的產量。許多控制大豆光周期調控開花及熟期的主效基因和QTL產生的變異經歷了自然或者人工選擇，以適應廣泛的地域。
研究人員首先利用基因組學和生物信息學相結合的方法，發掘了在高緯度地區（長日照條件）控制大豆開花期的新位點Tof18，通過群體遺傳學及大豆穩定轉基因驗證，證明了Tof18位點由大豆SOC1a基因編碼，其在長短日照條件下都能夠促進大豆的開花并影響主莖節數和產量。進一步分析發現大豆中存在兩個高度同源的SOC1基因且存在功能分化，由于它們的轉錄差異，SOC1a對開花期和主莖節數的作用強于SOC1b。
分子機制解析表明，在大豆生長點中存在著FT調控SOC1的保守途徑，而在葉片中SOC1被證明能夠直接結合FT啟動子激活FT的轉錄，從而形成了在葉片和生長點FT-SOC1的feed-forward loop正反饋調控環，確保植物的開花誘導。同時發現，兩個亞功能化的同源拷貝SOC1a可以和Dt2互作，并直接結合Dt1啟動子抑制其轉錄；而SOC1b能與Dt2互作，但是不直接結合Dt1的啟動子，暗示了SOC1b通過蛋白互作輔助激活SOC1-Dt2復合體，增強復合體的抑制活性，確保Dt1轉錄的平衡，控制大豆單株莢數和產量。
群體遺傳學分析發現，Tof18/SOC1a提高了栽培大豆的緯度適應性：早花的Tof18G等位變異促進了高緯度地區的適應性，而晚花的Tof18A等位變異則促進了低緯度地區的適應性。因此這些基因在分子育種中有很大的應用潛力，可通過導入這些基因的自然變異或者通過基因組編輯創制新的突變體來提高大豆產量。
該研究結果為大豆產量分子育種提供了理論依據和育種資源，對今后開發具有廣泛適應性并高產的大豆品種具有非常重要的意義。
據了解，孔凡江/劉寶輝教授團隊對大豆光周期調控的開花途徑進行了長期系統和深入的研究，原創性闡明了大豆存在著特異的光周期開花分子調控途徑和適應性機制，系統揭示了大豆光周期開花基因的進化軌跡和選擇規律。這些研究結果為了解大豆適應性的遺傳基礎及大豆育種和改良具有重要意義。