摘要
大豆起源于中国，是重要的油料作物、饲料作物和粮食作物，在我国国民经济的发展中占据着举足轻重的地位。但是，我国大豆单产低，总产不足，主要依赖进口，使得大豆成为我国供求矛盾最为突出的农产品。在人多地少的基本国情和国内外市场环境均不利于我国大豆生产发展的严峻形势下，突破我国大豆产业困局的最主要途径是大幅度提高单产。其中，创新株型改良思路是提高大豆单产水平的重要途径。与水稻等禾本科作物不同，大豆荚着生在主茎或分枝节部，且每节能够承载荚数有限，单纯通过矮化育种并不能大幅提高大豆单产，导致大豆绿色革命迟迟不能发生。因此，通过转基因和基因编辑等现代育种技术，创制大豆高产株型新材料，并解析大豆高产株型形成与调控机理，是大豆高产育种乃至大豆产业的首要科学问题。试验室前期创制了主茎节数超过40个、叶小如花生叶，节间与叶柄短等株型较为特异的种质材料;利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，创制spl9的4突材料，增加了主茎节数和分枝数，但其主茎节数增加不到5节，miR156过表达特异株系新材料相比，表型差异非常大，表明还有其他SPL基因参与调控大豆主茎节数等株型性状。因此，本课题利用基因编辑技术、新一代测序技术、生物信息学以及分子生物学等创制SPL7单突和双突材料，初步解析SPL7的株型调控机理，为大豆高产株型育种提供新材料新方法，其主要结论如下: 1、通过生物学信息分析筛选出4个可能参与株型调控的GmSPL7基因。将大豆SPL基因家族成员与拟南芥、水稻SPL基因家族成员进行聚类分析，发现4个GmSPL7与4个GmSPL9、ATSPL9/15和OsSPL7/14聚类在一起;组织特异性表达分析表明4个GmSPL7在大豆茎顶端分生组织中高表达，表明4个GmSPL7基因可能4个GmSPL9协同参与调控大豆株型。 2、创制了GmSPL7单突和双突材料。根据4个GmSPL7基因序列，设计靶标gRNA，定向敲除4个GmSPL7基因，创制出spl7a、spl7b和spl7d的单突材料以及spl7a/b双突材料。温室及大田试验表明，与受体对照相比，spl7a、spl7b和spl7d的单突材料以及spl7a/b双突材料的主茎节数、分枝数和单株荚数显著提高，表明大豆SPL7基因参与大豆主茎节数、分枝数等株型性状的调控，为大豆株型性状改良提供新材料、新方法。 3、初步解析SPL调控大豆株型的分子机理。转录组数据表明，大豆SPL7基因可能通过调控激素相关基因(Glyma.02g282100和Glyma.07G244867)的表达量，从而调控内源激素含量，进而调控大豆株型。
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