大豆是一种典型的短日照植物，光周期敏感性阻碍了大豆种质资源在地理区域的利用。当生长在温带地区时，热带大豆通过延长营养生长期和推迟开花及成熟来应对延长的白昼长度，这将会延长收获时间。因此修改亚热带和热带大豆品种的日照适应性有利于温带地区引入良好农艺性状的大豆品种。
近日，先正达集团作物种质创新与分子育种全国重点实验室在知名期刊Plant Biotechnology Journal上发表了题为“Editing the nuclear localization signals of E1 and E1Lb enables the production of tropical soybean in temperate growing regions”的研究论文，该研究在亚热带大豆品种中对生育期基因E1及其同源基因E1Lb进行基因编辑，创制了一系列新种质，缩短了开花时间和成熟时间，并确定了它们适合栽培的纬度区。
不同E1/E1Lb 突变体组合表现出不同程度的开花期缩短
研究表明大豆的生育期基因E1通过控制大豆的开花时间、成熟时间和开花后结荚习性来响应光周期。研究团队以亚热带大豆品种06KG218440为材料，通过CRISPR-Cas12a的gRNA靶向E1和E1Lb的保守核定位信号（NLS）的第二基本结构域，获取了具有不同E1/E1Lb突变组合的8个单突或双突编辑系，根据突变方式将基因型分为功能缺失、框内缺失和替换。不同基因突变株系的开花时间比较结果说明，E1和E1Lb的框内缺失或替换突变可以产生具有部分功能的弱等位基因。此外亚细胞定位结果表明NLS第二个基本结构域的突变减少了E1和E1Lb的核定位。温室条件下，不同E1/E1Lb突变体组合由于加性效应和部分功能等位基因，发生了不同程度的光周期敏感性降低和开花时间缩短。此外开花时间缩短的突变体表现出成熟时间缩短和株高降低和一定的产量下降。定量结果表明不同突变组合的开花时间与开花抑制基因GmFT1a/FT4，促花基因GmFT2a/GmFT5a和AP1基因的表达水平密切相关，株高降低与DT1的表达水平变化趋势一致。在三个低、中、高纬度温带地区的田间适应性试验中，不同E1/E1Lb突变体组合显示出一系列缩短的开花时间，随着纬度的增加，每种材料的开花时间均有所延迟，但光周期不敏感性与不同光周期下的趋势一致。因此在不同温带地区可以筛选出最佳成熟时间和产量的大豆株系。
此研究通过编辑开发不同的E1/E1Lb突变体组合的方法，获得了一系列新的遗传组合，缩短了开花时间和成熟期。该方法可用于丰富大豆育种库，并可将不同大豆品种的种植区域扩展到更高纬度地区。NLS编辑产生的部分功能等位基因有助于解决平衡效应，为亚热带和热带大豆种质向温带地区转移提供了一种可行的方法。
—— 原文 ——
Gao, Y., Zhang, Y., Ma, C., et al. Editing the nuclear localization signals of E1 and E1Lb enables the production of tropical soybean in temperate growing regions[J]. Plant Biotechnology Journal (2024).