The genetic basis of high-latitude adaptation in wild soybean

生物 大豆 等位基因 基因座(遗传学) 栽培 渗入 基因 适应(眼睛) 种质资源 遗传学 植物 甘氨酸 氨基酸 神经科学
作者
Lidong Dong,Shichen Li,Lingshuang Wang,Tong Su,Chunbao Zhang,Yingdong Bi,Yongcai Lai,Lingping Kong,Fan Wang,Xinxin Pei,Haiyang Li,Zhihong Hou,Haiping Du,Hao Du,Tai Li,Qun Cheng,Chao Fang,Fanjiang Kong,Baohui Liu
出处
期刊:Current Biology [Elsevier BV]
卷期号:33 (2): 252-262.e4 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.cub.2022.11.061
摘要

In many plants, flowering time is influenced by daylength as an adaptive response. In soybean (Glycine max) cultivars, however, photoperiodic flowering reduces crop yield and quality in high-latitude regions. Understanding the genetic basis of wild soybean (Glycine soja) adaptation to high latitudes could aid breeding of improved cultivars. Here, we identify the Tof4 (Time of flowering 4) locus, which encodes by an E1-like protein, E1La, that represses flowering and enhances adaptation to high latitudes in wild soybean. Moreover, we found that Tof4 physically associates with the promoters of two important FLOWERING LOCUS T (FT2a and FT5a) and with Tof5 to inhibit their transcription under long photoperiods. The effect of Tof4 on flowering and maturity is mediated by FT2a and FT5a proteins. Intriguingly, Tof4 and the key flowering repressor E1 independently but additively regulate flowering time, maturity, and grain yield in soybean. We determined that weak alleles of Tof4 have undergone natural selection, facilitating adaptation to high latitudes in wild soybean. Notably, over 71.5% of wild soybean accessions harbor the mutated alleles of Tof4 or a previously reported gain-of-function allele Tof5H2, suggesting that these two loci are the genetic basis of wild soybean adaptation to high latitudes. Almost no cultivated soybean carries the mutated tof4 allele. Introgression of the tof4-1 and Tof5H2 alleles into modern soybean or editing E1 family genes thus represents promising avenues to obtain early-maturity soybean, thereby improving productivity in high latitudes.
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