株高和开花时间是大豆[Glycine max(Linn)Merr.]重要的农艺性状,直接影MK-4827供应商响了大豆的生态适应性和产量,这些性状不仅受内源遗传因子的控制,同时还受到外界环境信号的影响。而光信号作为植物主要的环境信号可以调节植物的形态建成和生长发育,植物通过光受体来感知光质和光强的变化从而调节下游基因的表达,其中,RSL3生产商光敏色素是研究最为广泛的一类光受体。本文通过正向遗传学方法,筛选得到大豆开花时间提前且节间伸长的突变体Glycine max long internode 1(Gmlin1),定位光敏色素生色团合成相关基因GmHY2a(根据拟南芥同源基因HY2命名)为候选基因,并对该基因进行功能分析,具体研究结果如下:1.大豆Gmlin1突变体节间伸长、开花时间提前本研究从EMS诱变的大豆Williams 82突变体库中,筛选获得2个开花时间提前且株高增加的突变体株系,其株高的增加是由于主茎节间的明显伸长导致,以此分别命名为大豆节间伸长突变体Gmlin1-1和Gmlin1-2。Gmlin1-1和Gmlin1-2突变体开花时间均比对照Williams 82提前约10天,田间成熟期株高约Cell Viability比Williams 82高10 cm,细胞学观察主茎细胞明显伸长。对突变体遗传分析表明,Gmlin1-1的M_2代分离群体中野生型和突变体的分离比为3:1,Gmlin1-2与Williams 82回交,BC_1F_2代群体中野生型和突变体的分离比同样为3:1,表明这两个突变体均符合单基因隐性遗传。2.大豆Gmlin1突变体表型由GmHY2a基因突变引起为了定位候选基因,分别利用Gmlin1-1的M_2代分离群体和Gmlin1-2的BC_1F_2代分离群体进行混合分组分析(BSA)。在两个群体BSA测序结果中,均将基因定位于Glyma.02g304700基因。其中,Gmlin1-1中该基因的第1550位碱基发生A-G的替换,导致转录序列剪切方式发生改变;Gmlin1-2中该基因在第5862位碱基发生G-A的替换,导致第255位氨基酸由甘氨酸突变为谷氨酸。通过基因型和表型分析在突变体库中鉴定另外2个突变体Gmlin1-3和Gmlin1-4,Gmlin1-3中该基因第6107位碱基G缺失,导致蛋白移码突变;Gmlin1-4中该基因第5861位碱基发生G-A的替换,导致第255位氨基酸由甘氨酸突变为精氨酸。突变体相互杂交F_1植株表型与亲本的表型一致,表明4个突变体表型均由同一基因突变影响,互为等位突变体。进一步以Gmlin1-1为受体材料,进行转基因功能互补,互补植株的表型恢复与野生型一致,证明Glyma.02g304700(GmHY2a)基因突变是Gmlin1突变体株高增加和花期改变的原因。3.GmHY2基因功能保守且大豆中GmHY2a为主效调控基因GmHY2基因编码PΦB合成酶,是光敏色素生色团合成途径中的关键酶,具有保守的Fe＿bilin＿red结构域,广泛存在于光合有机生物中,亚细胞定位证明其在叶绿体中定位。在大豆Williams 82基因组中存在三个GmHY2同源基因,其中GmHY2c(Glyma.14g136300)为只有432 bp编码序列的截短基因,推测为假基因。GmHY2a和GmHY2b(Glyma.14g009100)所在区域存在较高的共线性关系,推测二者由同一祖先复制进化而来。但是,GmHY2b在功能结构域上缺少一段保守的序列,通过荧光素酶互补实验证明GmHY2b与电子供体铁氧还蛋白(GmFd2)的结合能力明显弱于GmHY2a,所以我们推测GmHY2a是大豆光敏色素生色团合成途径中的主效调控基因。4.GmHY2a突变影响光敏色素的功能黑暗下种植的野生型Williams 82和Gmlin1突变体表型无明显差异,均呈现暗形态建成表型,但在连续白光下生长时,突变体Gmlin1去黄化反应减弱,仍具有较长的下胚轴、未完全展开的顶端等性状。在连续单一光源下种植,突变体Gmlin1表现出对红光和远红光的反应减弱,表明GmHY2a突变后影响了光敏色素介导的光响应。进一步通过大豆原生质体瞬时转化系统,证明GmHY2a突变减少了光敏色素蛋白GmPHYA和GmPHYB的核定位。以上结果表明Gmlin1突变体中GmHY2a的突变,造成核内Pfr型光敏色素的减少,从而影响植株对红光及远红光的响应。5.Gmlin1表现为组成型避荫反应,促进节间伸长Williams 82在模拟避荫(EOD-FR)处理后表现出下胚轴伸长等避荫反应表型,但Gmlin1-1突变体在处理前后差异不显著;正常光照下,Gmlin1-1突变体中避荫反应标记基因(GmIAA29、GmPIL1和GmHB2)的表达水平升高,EOD-FR处理后,基因表达变化差异不显著。该结果表明Gmlin1突变体表现为组成型避荫反应。进一步验证Gmlin1突变体中生长素和赤霉素相关基因的表达升高,从而促进下胚轴及节间的伸长。6.Gmlin1对光周期敏感性降低,促进开花期提前Gmlin1突变体长日照下开花时间显著提前,光周期转换实验证明Gmlin1突变体对光周期的敏感性降低。GmHY2a突变下调大豆光周期调控中枢基因E1的表达,从而解除对下游成花素基因GmFT2a和GmFT5a的抑制,促进开花时间的提前。成熟期对植株进行考种,结果表明Gmlin1突变体的种子形态、大小以及单株粒重、单株粒数等与Williams 82相比均无显著变化。综上所述,本研究通过正向遗传学方法,定位及克隆了大豆光敏色素生色团合成基因GmHY2a,该基因突变影响光敏色素的光响应能力,从而调控细胞核内生长素和赤霉素相关基因的表达,促进节间伸长。同时,Gmlin1突变体对光周期的敏感性降低,可为高纬度地区培育大豆提供靶标基因和种质资源。