近日，中國農業(yè)科學(xué)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 )新團隊系統闡述了子葉的開(kāi)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(cháng)日照環(huán)境中的獨特作用。5月28日，相關(guān)研究在《植物細胞和環(huán)境（Plant, Cell & Environment）》上在線(xiàn)發(fā)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(lái)，高緯度長(cháng)日照地區卻逐步成為北半球大豆的主要產(chǎn)區。已有的研究表明，E1-E4、GmPRRs等開(kāi)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(shù)研究大豆根冠關(guān)系的過(guò)程中，偶然發(fā)現當來(lái)自中國東北北部地區的極早熟品種做砧木時(shí)，盡管只保留子葉，仍可在長(cháng)日照條件下促進(jìn)晚熟品種接穗開(kāi)花，而來(lái)自黃淮地區的中熟品種做砧木時(shí)則無(wú)此功能。考慮到在高緯度地區大豆苗期日照長(cháng)、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(kāi)花刺激物質(zhì)，轉運、儲存到尚處于“襁褓”期的幼嫩子葉中，進(jìn)而呵護后代植株在長(cháng)日照下早花早熟；（2）下一代植株出苗后，子葉迅速合成開(kāi)花刺激物質(zhì)，盡快啟動(dòng)生殖生長(cháng)過(guò)程。

 

　　該團隊通過(guò)多項實(shí)驗證明子葉的開(kāi)花誘導效應是在出苗后產(chǎn)生的，而不是繼承了親代植株合成并儲存于子葉中的開(kāi)花刺激物質(zhì)。子葉出土見(jiàn)光后，“成花素”編碼基因GmFT2a迅速高水平表達，進(jìn)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(cháng)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(guò)幼苗子葉的開(kāi)花誘導效應主動(dòng)適應高緯度地區長(cháng)日環(huán)境的“自立”模型。研究人員

 

　　還通過(guò)去除子葉節以上莖節，創(chuàng )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(fā)現此類(lèi)植株能夠獨立完成開(kāi)花、結實(shí)的整個(gè)生命過(guò)程，并產(chǎn)生新的正常種子。通過(guò)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(cháng)（子葉可存活3個(gè)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(yōu)點(diǎn)，具有重要利用價(jià)值。

 

　　該研究成果對高緯度長(cháng)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(xué)及應用創(chuàng )新團隊及中國農業(yè)大學(xué)賴(lài)錦盛教授也參加了此項研究。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、財政部和農業(yè)農村部國家現代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系及中國農業(yè)科學(xué)院農業(yè)科技創(chuàng )新工程的支持。

 

　　論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pce.14120