福建农林大学关跃峰课题组报道南方大豆易炸荚的“基因疗法”

阅读原文：https://rd.springer.com/article/10.1007/s42994-022-00071-8

炸荚会对大豆的产量造成严重损失，是大豆驯化育种中的负选择性状。但在湿度较高、人工收获为主的地区，炸荚性状不显著，因此很大部分育成品种含易炸荚性状。易炸荚品种的适应性受到当地气候的严重限制，不适合引种到干旱地区。例如，国审南方大豆品种，“华春6号”，产量高，品质优良，但易炸荚。华南地区的高湿度气候以及人工收割有助于避免炸荚，因此华春6号的产量没有受到显著影响。但在可适应华春6号夏播的黄淮海地区，低湿度和机械收割会导致严重减产，限制了华春6号的区域适应性。

近日，福建农林大学关跃峰教授团队在aBIOTECH在线发表题为“Elimination of an unfavorable allele conferring pod shattering in an elite soybean cultivar by CRISPR/Cas9”的研究论文，介绍了利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，在大豆主推品种中快速产生抗炸荚性状的方法。

本研究对国审品种华春6号的炸荚基因进行了遗传定位，发现华春6号携带了炸荚基因PDH1的易炸荚基因型，该基因型在我国南方、日本、韩国、东南亚等地的大豆品种中存在较高的比例。随后，利用CRISPR/Cas9对PDH1基因进行了基因编辑，并在T2代中鉴定到不含转基因且不影响主要农艺性状的pdh1抗炸荚突变体。pdh1突变显著提高了植株抗炸荚性，这与木质素在荚壁内层厚壁组织中的异常分布有关。本工作展示了运用基因编辑技术快速改良主推品种，去除不良性状的“基因疗法”潜力。

图1. 华春6号 (HC6) 中PDH1的遗传定位和基因编辑。A-B: HC6在福州（A）和石家庄（B）田间表现。C: 抗炸荚性状QTL定位。D: 中国、日本、韩国和东南亚地区PDH1（SNP A-T）等位基因频率。E: pGES701载体的结构。F: PDH1基因结构。G: HC6及其突变体蛋白质结构。H: HC6及其突变体在荚壁中的相对表达量。I-J: HC6及其突变体在60℃烘箱干燥6小时后抗炸荚性状表现。K: HC6及其突变体在田间抗炸荚性状表现。L：HC6和突变体成熟荚壁的横截面。M：HC6及其突变体在田间农艺性状表现。

福建农林大学海峡联合研究院园艺中心的关跃峰教授为论文通讯作者，福建农林大学资源与环境学院已毕业硕士生张智慧，青年教师王杰博士，园艺中心研究助理匡华琴，黑龙江八一农垦大学农学院侯智红为论文共同第一作者。福建农林大学海峡联合研究院园艺中心的宋时奎副教授，河北省农林科学院粮油作物研究所的闫龙研究员等参与了本研究。研究得到了河北省自然科学基金创新群体研究项目的资助。