大豆是典型的光周期敏感短日作物，大豆生育期（开花期与成熟期）及株型都严格受光周期调控。短日照条件下，大豆的生育期短，植株矮小，长日条件下大豆的生育期延长，植株茎节增多，植株高大。大豆光周期敏感性使单个大豆品种适宜种植范围狭窄，造成了许多优良品种的推广范围小，有“宝”难用。E1位点对调控光周期反应及开花期的贡献值最大，是光周期反应及生育期调控的中枢，该基因像开关一样调控着大豆光周期反应。基因编辑技术是农业领域的5G技术可实现对作物的精准改良，且不会插入外源基因，所得作物被一些国家认定为非转基因作物。利用基因编辑技术将E1基因敲除后，是否可以关闭大豆的光周期反应，获得光周期不敏感的大豆材料？ 

　　近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所大豆分子设计育种学科组在Frontiers in Plant Science在线发表了题为CRISPR/Cas9-mediated targeted mutation of the E1 decreases photoperiod sensitivity, alters stem growth habits, and decreases branch number in soybean的研究论文。该研究利用基因编辑技术，将国审大豆品种天隆1号中的E1基因进行敲除，获得了无外源基因插入的e1突变体。e1突变体的光周期敏感性显著降低，但仍然对光周期敏感，将E1敲除后并没有完全关闭大豆的光周期反应。进一步研究发现，突变体中E1的同源基因E1-La 与 E1-Lb的表达量显著上调表达，这说明E1及其同源基因E1-La 与 E1-Lb间存在遗传补偿效应。 

　　天隆1号大豆携带有显性E1基因型，以此大豆品种为背景将E1敲除后获得的突变体，可以更好的研究E1基因的功能。以往对E1基因功能的研究多是利用过量表达或在携带有隐性e1-as基因型的大豆品种中将E1进行敲除，且主要关注E1在生育期调控中的作用。本研究发现，将E1敲除后大豆的结荚习性发生改变，突变体大豆的茎顶端提前开花，变为有限结荚习性。同时发现，E1敲除后大豆的分枝数显著降低，本研究首次在遗传角度证明了E1在大豆株型调控中的作用，并利用转录组测序初步揭示了E1在株型调控中的机制。 

　　该研究成果发表在国际期刊Frontiers in Plant Science上，东北地理与农业生态研究所硕士研究生万昭与东北农业大学联合培养硕士研究生刘颖湘共同完成，翟红副研究员为通讯作者，东北农业大学柏锡团队参加了部分工作。本研究得到国家自然科学基金项目、黑龙江省自然科学基金优青项目、中国科学院青年科学家小组项目及海南崖州湾种子实验室联合资助。 

　　论文信息如下：

Zhao Wan, Yingxiang Liu, Dandan Guo, Rong Fan, Yang Liu, Kun Xu, Jinlong Zhu, Le Quan, Wentian Lu, Xi Bai, Hong Zhai*. CRISPR/Cas9-mediated targeted mutation of the E1 decreases photoperiod sensitivity, alters stem growth habits, and decreases branch number in soybean. Frontiers in Plant Science, 2022, doi:10.3389/fpls.2022.1066820.

　　论文链接： 

　　https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1066820 

　　图1.野生型大豆天隆1号与 e1基因编辑突变体与的表型差异