近日，我校孔凡江教授团队和合作者在《PNAS》连续发表2篇高水平原创论文，分别与中国农业大学孙连军教授团队合作发表题为A retrotransposon insertion in the Mao1 promoter results in erect pubescence and higher yield in soybean 研究论文；与中国农业科学院作物科学研究所刘斌研究员团队合作发表题为GmEID1 modulates light signaling through the Evening Complex to control flowering time and yield in soybean 研究论文，揭示了大豆表皮毛形态和开花期提高大豆产量的机制。
大豆表皮毛形态影响产量
植物表皮毛是植物与环境接触的最外层，是植物重要的保护组织之一，在抵御生物胁迫与非生物逆境方面都发挥有重要作用。作为植物与环境的对接口，植物表皮毛往往可以进化出不同结构以适应复杂的外部环境。在大豆的驯化过程中，表皮毛形态发生了显著的变化，野生大豆的表皮毛普遍为贴附在叶片表面上的倒毛，而栽培大豆的表皮毛大多为与叶片呈现一定角度的立毛。但是大豆表皮毛的形态与大豆产量的关系一直不为人所知。
我校孔凡江教授团队和中国农业大学孙连军教授团队利用正向遗传学的方法图位克隆控制表皮毛发形态的Mao1基因。发现立毛材料的Mao1基因的启动子区插入了一个Ty3/Gypsy逆转座子，造成Mao1的表达量均显著高于倒毛材料。通过构建Mao1-OE超表达载体并对倒毛材料冀豆17进行遗传转化，发现Mao1-OE株系的表皮毛基细胞对称发育使表皮毛由倒立变成直立。此外，通过启动子活性试验、酵母单杂交以及EMSA试验证明了Mao1上游插入的Ty3/Gypsy逆转座子上的高GA含量序列（GAER）可以通过招募一个转录因子GBP（GAGA-binding protein）来提高Mao1的表达量，最终使表皮毛基细胞对称发育从而导致表皮毛从倒变立。田间产量试验发现，Mao1超表达株系在正常种植密度下相比于倒毛的冀豆17，产量能够增加18.6%~68.4%。光合作用相关指标测定结果显示立毛大豆中的叶绿素含量、rubisco酶活性、光合速率以及光合稳定性等光合指标均显著高于倒毛大豆，因此立毛大豆产量的增加可能是光合效率影响所致（图1）。
直立毛的大豆品系比倒毛大豆具有更高的产量潜力
综上所述，该研究通过解析大豆表皮毛形态调控分子机理，探索了大豆驯化过程中非典型选择性状在大豆产量形成中的价值。
中国农业大学博士研究生安杰为论文的第一作者，中国农业大学孙连军教授和我校孔凡江教授为论文共同通讯作者，我校生命科学学院方超副教授也参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金项目、国家青年人才项目和中央高校基本科研业务费等项目的资助。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2210791120
GmEID1调控大豆开花和产量形成的分子机制
大豆是典型的短日照植物，对光周期十分敏感。光周期影响大豆的开花时间和株型，因而制约了优良品种的引种推广以及大豆产量的提高。E1是豆科植物特异的转录因子，在大豆光周期调控开花途径中处于核心地位，大豆中E3/E4基因分别编码拟南芥光敏色素PHYA的同源蛋白GmphyA3和GmphyA2，能够促进大豆花期抑制基因E1的表达，从而抑制开花，但E3/E4如何介导光信号调控E1基因表达尚不清楚。
我校孔凡江教授团队和中国农业科学院作物科学研究所刘斌研究员团队合作揭示大豆GmEID1蛋白作为连接光信号和生物钟夜间复合物的桥梁，参与调控大豆开花抑制因子E1基因表达。研究人员通过转录组测序对大豆基因组的节律表达进行分析，筛到一个与开花核心基因E1表达模式完全相反的基因—GmEID1。该基因编码一个含有F-box类型的核蛋白，可以分别与光敏色素E3/E4和生物钟晚间复合物（Evening Complex, EC）的重要成员J互作，光激活的E3/E4可以竞争性抑制GmEID1-J的互作，促进J蛋白的积累，进而上调E1的表达，延迟大豆开花。研究还发现，Gmeid1突变体不仅能够延迟开花期，还可以增加主茎宽度、缩短节间距、增加节数和分枝数。在低纬度到高纬度的四个地区的田间产量试验（三亚、许昌、北京和长春）发现Gmeid1突变体的单株产量在各地区均显著增加，尤其是在天隆1号亲本品种的主要推广地（许昌），正常种植密度下的Gmeid1突变体的单株产量较亲本增产17.2%（图2）。研究表明GmEID1功能缺失后可以增强大豆在不同纬度下的适应性并显著提高产量，为改良大豆纬度适应性的研究提供了新思路。
GmEID1基因缺失后的可提高大豆产量
该研究不仅解析了大豆E3/E4和EC复合物调控E1表达的分子机制，而且创制的Gmeid1突变体表现良好的增产潜力，为大豆育种提供重要的基因资源。
中国农业科学院作物研究所博士后秦超和我校李海洋博士研究生为论文共同第一作者，中国农业科学院作物研究所刘斌研究员和我校孔凡江教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院农业科学技术创新项目和中央公益性科研机构基本研究基金的资助。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2212468120
（供稿：生命科学学院）
