重離子束是一種新型育種誘變劑，相比于其他誘變源，重離子具有較高的傳能線密度（Linear Energy Transfer，簡稱LET）和生物學效應（Relative Biological Effectiveness，簡稱RBE），可以在較高的存活率下獲得相對較高的突變率和較寬的突變譜，由此創(chuàng)造優(yōu)異的突變體。碳離子束作為重離子束中的一種，在中草藥、高粱、小麥和花卉等作物育種中應用較多，并且產(chǎn)生了較好的誘變效果，但在大豆上應用的相關報道較少。
中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員張秋英團隊與中科院近代物理研究所合作，在國家重點研發(fā)計劃、中科院科技服務網(wǎng)絡計劃（STS計劃）和中科院戰(zhàn)略先導科技專項的資助下，以不同劑量碳離子束輻照大豆種子構建了篩選群體，在表型水平和生理水平探討了碳離子束輻照大豆的誘變效應，并以Seq-BSA混池測序結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序的方法進一步對篩選獲得的特異性大豆卷葉短葉柄突變體（rlsp1）進行了分子機制研究。該研究發(fā)現(xiàn)，碳離子束輻照誘變大豆可以誘發(fā)類型豐富的變異，包括株高、生育期、品質(zhì)性狀籽粒大小、抗倒伏以及產(chǎn)量等變異，同時結(jié)合表型變異、生理指標、出苗率和成活率等，提出120Gy（80Mev/u）是碳離子束輻照誘變大豆中比較合適的輻照劑量。對突變體rlsp1的進一步研究發(fā)現(xiàn)，葉柄韌皮部結(jié)構的異常發(fā)育、生長素信號轉(zhuǎn)導途徑的抑制、微管和碳水化合物代謝的相關途徑與rlsp1的形成密切相關，并且在3、6、8、13和17號染色體上定位了10個候選區(qū)域，總共6.47Mb，包含790個基因，研究認為，Glyma.03G128600作為擬南芥BOP（BLADE ON PETIOLES）基因的直系同源基因，可能是引起rlsp1變異的關鍵候選基因。該研究對促進碳離子束輻照誘變在大豆育種中的應用以及大豆短葉柄和卷葉性狀的基因定位研究具有重要意義。
在碳離子束輻照誘變大豆機理研究的基礎上，運用碳離子束輻照誘變育種和雜交育種結(jié)合的方法，選育了中科毛豆3號和中科毛豆4號兩個品種，并全部轉(zhuǎn)讓給企業(yè)銷售，在生產(chǎn)上大面積應用推廣，明顯提高了農(nóng)民經(jīng)濟收入，對農(nóng)民的脫貧致富及大豆產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了促進作用。
該研究結(jié)果發(fā)表在Agriculture和Journal of Plant Biology上。
圖1 碳離子束輻照誘變大豆獲得的典型突變體
圖2 大豆卷葉和短葉柄的形成的生理和分子調(diào)控網(wǎng)絡模型
地區(qū)：
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