大豆開花適應低緯度地區機制研究獲重要進展

近日，華南農業大學生命科學學院教授王應祥團隊與華南農業大學農學院教授楊存義團隊合作，研究解析了組蛋白去甲基化酶GmLDL2調控大豆開花的分子機制，并揭示了其優異單倍型適應低緯度地區的遺傳基礎，為“北豆南移”提供了新的基因資源。相關成果在線發表于《自然-通訊》（Nature Communications）。

大豆是油脂和植物蛋白的主要來源，而我國大豆80%以上依賴進口，是國家糧食安全的關鍵短板。華南地區作為我國大豆第三大主產區，地處熱帶亞熱帶地區，其氣候條件全年適宜大豆種植，擴種大豆潛力大。而大豆是光周期反應敏感的短日作物，當高緯度地區優良品種引入到低緯度的華南地區時，會出現花期顯著提前、生育期縮短、產量大幅下降的現象。因此，合適的開花時間和生育期對培育低緯度地區的大豆品種具有十分重要的意義。

GmLDL2調控大豆開花以及低緯度地區適應性機制。研究團隊供圖

該研究在華夏3號的γ-射線誘變庫中篩選到一個早花突變體ef1，通過BSA-seq（混池分離群體測序）定位了控制開花的候選基因GmLDL2，并利用轉基因互補以及基因敲除實驗驗證了其功能。體內外酶活性檢測結果顯示，GmLDL2具有組蛋白去甲基化酶活性，可特異性去除H3K4me1以及H3K4me2修飾。

深入探究其分子機制發現，GmLDL2可直接結合下游靶基因GmFER（編碼類受體激酶）并去除該位點的H3K4me1/2甲基化修飾導致其表達下調，從而調控開花。進一步遺傳分析發現，GmFER突變可以恢復Gmldl2突變體的早花表型，說明GmLDL2調控大豆開花時間依賴于GmFER。綜上，GmLDL2通過影響GmFER位點的H3K4甲基化修飾調控其表達，從而實現對大豆開花時間精確調控。

自然變異分析發現，GmLDL2基因是大豆馴化育種過程中的選擇靶點，其單倍型H1和H2在育種過程中受到人工選擇。單倍型H1為祖先單倍型且集中分布在低緯度地區，而單倍型H2主要分布在高緯度地區。進一步分析發現，單倍型H1的組蛋白去甲基化能力顯著高于單倍型H2，導致低緯度條件種植下單倍型H1品種的開花時間明顯晚于單倍型H2，從而使得單倍型H1品種的產量也遠高于單倍型H2，說明單倍型H1提高了大豆對低緯度地區的適應性。

該研究不僅揭示了GmLDL2-GmFER模塊調控大豆開花的獨特分子機制，且進一步解析了大豆適應低緯度地區的遺傳基礎，為培育低緯度地區晚熟、高產品種以及“北豆南移”提供了重要的基因資源。

上述研究得到廣東省農業科技創新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目、國家科技重大專項、嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室項目、國家自然科學基金以及廣東省珠江人才計劃的資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60663-y