作物在馴化過程中形成的區(qū)別于其野生祖先的表型特征被稱為馴化性狀。調(diào)控大豆種子休眠、落粒性和結莢習性等馴化性狀相關基因已經(jīng)被克隆，但是否存在調(diào)控開花期的馴化基因尚不清楚。

2020年1月下旬，中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所“作物分子標記技術及其應用創(chuàng)新團隊”和“大豆育種技術創(chuàng)新與新品種選育創(chuàng)新團隊”分別在國際知名刊物《分子植物（ Molecular Plant ）》和《植物生物技術（ Plant Biotechnology Journal ）》在線發(fā)表論文，通過不同策略克隆了與生物鐘調(diào)控和大豆馴化相關的基因 GmPRR3b/GmPRR37 ， 從多個側面闡明了該基因調(diào)控大豆生物鐘和生育期的功能機制，并揭示其自然等位變異與早花和高產(chǎn)性狀的緊密聯(lián)系及在大豆馴化和品種改良中的廣泛利用。該研究不僅對理解大豆馴化過程具有重要的科學意義，同時為選育應對氣候變化和適應高緯地區(qū)種植的大豆品種提供了理論依據(jù)和重要靶點。

作物分子標記技術及其應用創(chuàng)新團隊通過對279個大豆品種進行全基因組關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn) GmPRR3b 基因與大豆開花期和成熟期密切相關。自然變異分析結果顯示， GmPRR3b 在自然群體中存在至少有8種單倍型，其中單倍型H6在野生大豆、地方品種和主栽品種中所占的比例分別為3.4%、69.4%和100%，表明該基因為生育期性狀相關的關鍵馴化基因。研究發(fā)現(xiàn)， GmPRR3b 是生物鐘核心振蕩器的關鍵組分，不僅協(xié)同外界光溫環(huán)境參與調(diào)控開花時間，而且影響主莖節(jié)數(shù)和單株產(chǎn)量。其優(yōu)異單倍型H6與早花和高產(chǎn)性狀緊密關聯(lián)，從而在大豆馴化和遺傳改良中受到強烈選擇。

大豆育種技術創(chuàng)新與新品種選育創(chuàng)新團隊以重組自交系群體為材料，采用簡化基因組測序技術也定位了該基因，命名為 GmPRR37 。該基因在極晚熟品種“自貢冬豆”與極早熟品種“黑河27”中的序列分別對應 GmPRR3b 的單倍型H5和單倍型H6。該研究證實單倍型H5編碼的全長蛋白具有長日照依賴的開花延遲功能，為闡明該基因不同單倍型的功能分化提供了重要信息。通過基因編輯技術在“自貢冬豆”背景下定點敲除該基因，導致開花期提前15.8天，可使受體品種在緯度更高、無霜期更短的地區(qū)種植。該團隊進而分析了180份來自我國不同生態(tài)區(qū)的大豆品種，揭示該等位基因變異與大豆對高緯長日環(huán)境的適應性有密切關系。

《分子植物》論文以作科所李聰博士生、李英慧研究員和李艷妃博士生為論文并列第一作者，邱麗娟研究員和劉斌研究員為通訊作者。《植物生物技術》論文以作科所王立偉博士生和孫石研究員為并列第一作者，韓天富研究員和侯文勝研究員為通訊作者。以上研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項、中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程和國家自然科學基金項目的資助。