中科院東北地理與農業生態所揭秘大豆光周期

如果能夠成功揭開大豆光周期的奧秘，將有可能推動我國大豆種植邊界的前移和種植面積的擴大。

　　自上世紀20年代，科學家們以大豆等作物為材料發現光周期現象近百年來，人們對該現象的研究在模式作物擬南芥及水稻中取得了一系列的突破性進展。而在大豆中，因未能克隆出控制光周期反應及生育期的功能基因，相關研究進展緩慢。

　　近日，《中國科學報》記者從中科院東北地理與農業生態研究所獲悉，該所研究人員已經完成大豆幾個主要生育期基因E1、E2、E3、E4的克隆，將有望揭開大豆光周期的奧秘。

　　大豆光周期研究的重大突破

　　光周期現象是生物對晝夜光暗循環格局的反應。大多數一年生植物的開花決定于每日日照時間的長短。此前，科學家通過遺傳學方法明確了大豆生育期位點E1至E8及J等位點，其中E1、E3、E4及E7與大豆光周期反應密切相關。

　　近來，東北地理與農業生態所的大豆分子育種團隊與國外研究者進行相關合作，已經完成了對大豆幾個主要生育期基因E1、E2、E3、E4的克隆。

　　“大豆生育期基因的克隆具有重要的理論與實踐意義。幾個主要功能基因的明確，為人們最終揭開大豆光周期反應的神秘面紗提供了重要保證與可能。”東北地理與農業生態研究所大豆分子育種實驗室研究員夏正俊向《中國科學報》記者介紹道。在理論上，大豆生育期基因的克隆不僅為研究大豆光周期反應的機理打下了堅實的基礎，使研究有了明確目標，同時也開啟了不斷深入了解大豆光周期反應本質的第一步。

　　在農業生產實踐上，人們以前是通過在不同地區種植大豆品種，并根據其田間的觀察，如開花期或成熟期表型的變化來確定品種的表型反應特性。

　　“隨著主要生育期基因的成功克隆，為未來通過分子育種來定向培育品種的生育期打下基礎，也為克隆更多微小生育期基因鋪平了道路。總之，大豆生育期基因的成功克隆是我國科學家對大豆光周期反應的重要貢獻。”夏正俊說。

　　克隆成功背后的“血淚史”

　　此次克隆如此眾多的大豆生育期基因，科研人員付出了怎樣的努力?不夸張地說，每一個基因的成功克隆，“背后都有一部血淚史”。

　　通過圖譜位來克隆大豆中的功能基因是一個痛苦而漫長的過程。在已克隆的基因中，相關工作早已在大豆基因組序列發表前就已進行，并遇到了這樣的問題：有用的分子標記少，群體數量少，即想獲得的重組體的數量不足，這導致所定位的區間在長時間內得不到有效地縮短。

　　“比如我主要參加的E1基因的克隆。”他說。E1基因是大豆中影響開花的最主要的功能基因，但是由于這個基因處于大豆第六染色體的著絲粒附近，重組率極低。

　　科研人員開始用了1400多個個體，只將E1定位到近300kb區域，此區間還有近40個基因。因此，他們將群體擴大到13000多個個體，對每一個種子進行相關的基因型鑒定，確定了10個極其珍貴的重組體，終于使得E1基因定位到單基因水平。

　　“再有，大豆的遺傳轉化效率低，也大大影響了所克隆出的基因的功能驗證。”夏正俊說。

　　將功能基因引入分子育種

　　此前，我國著名的大豆育種家王金陵教授培育出了對大豆光周期不敏感的品種東農50，使得我國大豆的種植北界向前推伸了近200公里。目前，我國大豆生產處于一個重要時期，國內大豆種植面積逐年下降，國內生產總量占總的國內總消費量的比例越來越小，受到其他高產高效糧食作物影響的同時，還承受者國外廉價的轉基因大豆的壓力。“究其原因與我國大豆生產力的低下、產量不高與品質低下有關。”夏俊峰說，“如果能夠成功揭開大豆光周期的奧秘，將有可能推動大豆種植邊界的前移和種植面積的擴大。”

　　他進一步表示，從國內外的優良品種的培育現狀與發展歷史來看，分子設計育種代表著未來的方向，在大豆中明確的功能基因越多，對于開展分子設計育種越為有利。大豆光周期基因的研究不僅可以使科學家能直接用于分子設計育種，而且還對大豆中與產量及品質性狀的研究提供成功的范例。“未來我們要將大豆生育期基因的研究應用到分子育種中去，可根據生育期要求來設定理想的基因型，當然，這還有很長的路要走。”