大豆是典型的光週期敏感型短日照作物，光週期敏感性决定大豆對於不同緯度的適應性。起源於溫帶黃淮海區域的栽培大豆，由於光週期的敏感性降低（控制大豆光週期敏感性基因發生了突變），使它能够適應北方高緯度地區。現時，對於栽培大豆適應高緯度地區的遺傳和分子基礎已經有了深入的瞭解。栽培大豆是由野生大豆馴化而來，在馴化的過程當中，由於栽培大豆受到了强烈的人工選擇導致其遺失了大約一半的遺傳多態性，產生遺傳瓶頸現象。囙此，重新挖掘野生大豆中優异等位變異，將其導入到栽培大豆中，對於培育高產優質大豆具有重要的意義。栽培大豆的祖先野生大豆分佈廣泛（24-53°N，97-143°E），主要分佈在中國，日本，韓國，俄羅斯。那麼野生大豆是如何適應高緯度地區生態環境的呢，現時未見報導。
2021年10月18日，廣州大學生命科學學院/分子遺傳與進化創新研究中心的孔凡江和劉寶輝研究團隊以廣州大學為第一通訊組織，在Molecular Plant上發表了題為“Parallel selection of distinctTof5alleles drove the adaptation of cultivated and wild soybean to high latitude”的最新研究成果。該研究首次揭示了野生大豆向高緯度地區適應的的遺傳基礎。利用基因組學和生物資訊學的方法，發掘了在高緯度地區（長日照條件下）控制大豆開花期的新位點Tof5，進一步利用群體遺傳學，大豆穩定轉基因驗證，發現Tof5位點由大豆FUL2a基因編碼。在長日照條件下Tof5的功能獲得型等位變異顯著的促進大豆開花，提高栽培大豆和野生大豆的適應性。分子機制解析表明控制大豆開花的關鍵抑制子E1能够直接調控Tof5的表達，Tof5又能直接啟動大豆FT基因的表達進而促進大豆開花，提高大豆對高緯度的適應性。
圖1.在長日照條件下Tof5促進大豆開花
有趣的是，我們發現Tof5的不同等位變異在栽培大豆和野生大豆向高緯度適應的過程中發生了平行選擇的現象。在栽培大豆中，Tof5H1型等位變異經歷了强烈的人工選擇，而在野生大豆中Tof5H2型等位變異經歷了自然選擇，分別促進了栽培大豆和野生大豆對高緯度的適應性。進一步在野生大豆群體，對决定栽培大豆光週期敏感性的關鍵基因E1，E3，E4的等位變異進行分析，發現只E3的功能缺失等位變異參與了野生大豆對高緯度的適應性。說明野生大豆和栽培大豆在適應高緯度地區的遺傳基礎是不同的，Tof5H2和E3功能缺失等位變異對野生大豆適應高緯度地區，起到了非常重要的作用。這些研究結為我們揭示野生大豆自然選擇的過程中對高緯度的適應性提供了理論基礎。
圖2.Tof5受到平行選擇和工作機制模式圖
廣州大學分子遺傳與進化創新研究中心講師董利東（共同通訊）、講師程群、博士後方超、講師孔令平、博士後楊慧和八一農墾大學博士侯智紅為文章的共同第一作者，孔凡江教授、劉寶輝教授、蘆思佳教授為文章的通訊作者。吉林省農業科學院張春寶研究員和東北農業大學陳慶山教授也參與了該項工作。該研究得到了國家自然科學基金重大專案、重點專案、青年項目、廣東省基礎與應用重點專案研究的資助。
1. Dong L，Cheng C，Fang C，Kong L，Yang H，Hou Z，Li Y，Nan H，Zhang Y，Chen Q，Zhang C，Kou K，Su T，Wang L，Li S，Li H，Lin X，Tang Y，Zhao X，Lu S，Liu B，Kong F（2021）.Parallel selection of distinctTof5alleles drove the adaptation of cultivated and wild soybean to high latitude.Mol. Plant.doi:https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.10.004.
論文連接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S167420522100410X