大豆（Glycine max）起源于中国，是我国乃至世界上重要的粮油饲兼用作物，为全球供应了一半以上的油料产量和近四分之一的植物蛋白。目前，中国是世界上最大的大豆进口国，对外依赖性高，提升我国大豆产能已经成为保障我国粮食安全迫在眉睫的重大任务。分枝数是决定大豆株型形成的关键因素，直接影响大豆产量，大豆分枝数关键基因的鉴定及其调控机制的解析，对利用分子设计育种培育高产大豆新品种具有重要意义。

中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室田志喜课题组和广州大学孔凡江课题组研究员合作，通过连续两年对2400多份大豆自然种质资源的分枝数进行表型鉴定，利用全基因组关联分析挖掘到大豆分枝数主效控制基因Dt2。遗传分析发现，Dt2负调控大豆分枝数，CRISPR/Cas9基因敲除株系分枝数明显增多，小区产量明显提高；过表达株系分枝数显著降低，小区产量明显下降。进一步，通过酵母双杂交、双分子荧光互补和免疫共沉淀实验发现，Dt2、GmAgl22和GmSoc1a蛋白可以两两互作。转录组、生物化学和遗传学分析发现，Dt2能够直接结合到GmAp1a和GmAp1d的启动子上，正调控GmAp1a和GmAp1d的转录，同时GmSoc1a和GmAgl22能促进Dt2对GmAp1a和GmAp1d的转录。由此推演出Dt2调控大豆分枝的分子调控模型：Dt2可结合到GmAp1a和GmAp1d的启动子正调控其转录，GmAgl22和GmSoc1a与Dt2的互作可增强了Dt2的转录激活效应。GmAp1a和GmAp1d抑制大豆分枝。

此外，研究还发现Dt2不同单倍型在地理生态区分布上存在差异，单倍型II主要分布在高纬度地区，而单倍型I主要分布在中低纬度地区，这与大豆种质资源的分枝数自高纬度地区至低纬度地区呈逐渐增加的趋势相一致。Dt2敲除突变体可打破纬度带的限制，提高大豆的地区适应性和产量。

图1：Dt2不同单倍型的地理分布以及调控分枝的分子机制

该研究以题为“Natural variation of Dt2 determines branching in soybean”于2022年10月28日在线发表于Nature Communications，该研究发现Dt2基因是在大豆自然群体中控制大豆分枝数的关键基因，同时阐明了Dt2调控大豆分枝的分子机制，为通过调控分枝开展大豆高产分子设计育种提供了重要理论依据。田志喜课题组博士生梁前进为该论文第一作者，田志喜研究员以及孔凡江教授为论文共同通讯作者，该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中科院战略性先导等项目资助。