大豆GmRAV作为光周期抑制因子可延迟大豆开花和成熟
2021年6月4日，Plant Physiology在线发表了东北农业大学大豆生物学教育部重点实验室赵琳研究组完成的题为“GmRAV confers ecological adaptation through photoperiod control of flowering time and maturity in soybean”的研究论文。该研究发现大豆GmRAV作为关键的光周期抑制因子可延迟大豆开花和成熟。
光周期严格控制着大豆（Glycine max）的营养和生殖生长阶段。不同的大豆品种表现出不同的开花和成熟期模式，这有助于它们适应不同的生态环境。然而，由于大豆是一种典型的光周期敏感性短日照植物，因此大豆品种的种植面积仅被限制在非常狭窄的纬度范围内。适应高纬度地区长日照条件需要提前开花和降低光周期敏感性，而适应低纬度地区短日照条件需要延迟开花，这可以延长植物营养生长以获得最大的产量潜力。因此，开花时间和成熟期是决定大豆生产力的关键因素，它们受多个基因和位点的调控。
RAV亚家族成员在植物叶片衰老和开花发育过程中发挥重要作用，拟南芥AtRAV2-like和AtRAV2是光周期通路中的开花抑制因子。与拟南芥RAV同源的大豆基因GmRAV（RELATED TO ABI3/VP1）负调控短日照介导的开花。本研究的目的是明确GmRAV自然变异对生态适应的遗传影响，以及阐明GmRAV调控大豆开花时间和成熟期的分子机制。
通过多态性-生长期关联分析发现，GmRAV 启动子上的六个单核苷酸多态性（M18、M30、M47、M60、M64、M66）与大豆在一种或多种环境中的开花时间和成熟度显著相关。具有轻微多态性的大豆品种表现出较长的生长周期，有助于大豆适应低纬度地区。GmRAV 启动子上的顺式作用元件 GT1CONSENSUS 基序控制生长周期，该基序中的主效等位基因（M30_major allele）通过降低GmRAV表达水平来缩短生殖阶段后期的持续时间。
与对照植株相比，GmRAV过表达转基因株系的开花时间和成熟期延迟，株高矮小，叶子数量减少。而抑制GmRAV的表达则导致开花时间和成熟期提前，株高增加（图1）。结合DNA亲和纯化测序和RNA测序分析发现，有154个推定的靶基因可能与GmRAV直接结合并受其转录调控。经进一步鉴定出GmRAV 的两个结合基序[C(A/G)AACAA(G/T)A(C/T)A(G/T)]和 [C(T/A)A(C)C(T/G)CTG]，这与拟南芥中的报道类似，即AtRAV1蛋白的AP2和B3结构域能够协同结合到特定的靶标序列（CAACA和CACCTG基序）。GmRAV通过结合 CAACA 基序抑制 GmFT5a和GmMULE（Mutator-like transposable elements）的转录活性，从而延迟大豆生长并延长了营养和生殖阶段。
图1. GmRAV抑制开花时间和成熟期
已知开花时间和成熟期主要遗传位点E3（GmPHYA3）和E4（GmPHYA2）在长日照条件下的光周期开花调控中起关键作用。时程依赖性表达分析显示，长日照条件下，GmRAV在E1E2E3E4近等基因系中的mRNA水平较E1E2e3e4显著降低，表明GmRAV作用于E3/E4下游。
综上，两个光敏色素A光感光受体E3/E4诱导GmRAV的表达。GmRAV蛋白通过与GmFT5a和GmMULE启动子直接结合来抑制它们的转录，从而延迟开花和成熟。
图2. 大豆GmRAV在开花时间和成熟期调控中的功能模型
