成都生物所在瓜尔豆光周期响应研究中获进展

　　

 瓜尔豆（Cyamopsis tetragonoloba L. Taub.）起源于非洲，一年生豆科草本短日照植物，对光周期敏感，主要种植在印巴次大陆的干旱地区。自瓜尔豆胚乳中提取的瓜尔胶（Guar gum），主要成分半乳甘露聚糖，是已知的水溶性最好的天然聚合物，具有良好的稳定性和交联性。瓜尔胶是一种用途广泛的工业原料，主要应用于石油、天然气水基压裂液原料，能极大增加含油地层的渗透性，是开采石油、天然气和页岩气等的重要辅料。此外，瓜尔胶也广泛应用于造纸、纺织、食品、化妆品、香料、药物载体及矿冶等工业。瓜尔胶亦具有重要的药用价值，可用于控制糖尿病、高胆固醇症、腹泻及肠道失调综合征等多种疾病。瓜尔豆荚还可以作为蔬菜食用，味道鲜美，植株可作饲料及绿肥。 

 目前，全球范围内对瓜尔胶需求量大，存在较大缺口。我国瓜尔豆仅在新疆、海南和四川等地种植，且产量和品质较低，无法满足工业需求。用于生产瓜尔胶的半成品原料瓜尔豆胚乳片几乎全部依赖于从印度和巴基斯坦进口。因此，瓜尔胶国产化迫在眉睫。 

 瓜尔豆喜热耐旱和对日照敏感的遗传特性限制了它的区域适应范围，目前在我国大规模种植以获取大量工业原料仍很困难，导致市场缺口较大。然而，将进口的瓜尔豆直接种植或采用传统方法选育新品种，无法满足国内对瓜尔豆胶巨大的产业需求。我国西北干旱半干旱地区，具有广阔的推广潜力，但夏季长日照影响了瓜尔豆的产量和品质，亟待科研工作者进一步深入开展瓜尔豆适应性研究及新品种培育。然而，瓜尔豆光周期响应相关机制尚不清楚。 

  因此，探讨瓜尔豆光周期调控关键影响因子，挖掘关键基因并解析可能的响应机制，创制光周期不敏感或长日照新种质，扩大在我国的栽培范围，提高瓜尔豆的产量和质量，以满足国内对瓜尔豆的需求，具有十分重要的战略意义。 

 本研究基于Illumina RNA-seq，PacBio Iso-seq和UPLC-MS技术，分析长/短光周期对瓜尔豆开花结豆的影响，以期解析其机制。结果显示，许多基因对光周期有不同的响应，涉及节律、开花、生物合成和代谢途径。随着培养时间的增加，差异表达基因（DEGs）的数量从2518增加到5708。节律、开花以及关键转录因子如phyA、GI、ELF3、TOC1、NF-Y和GATA等对短日照正响应，而PRR、FLC、SVP、COL16和B3对短日照负响应，但对长日照正响应。此外，长日照抑制了与植物激素途径相关基因的表达，如赤霉素（GA）合成相关基因GA20ox和GA3ox， 茉莉酸（JA）合成基因AOS和ACX；相应地，GA和JA的水平降低，表明它们在瓜尔豆开花中具有重要的调控功能。有趣的是，光周期不影响半乳甘露聚糖合成基因的表达。 

  综上，phyA、GI、ELF3、TOC1、NF-Y、GATA、GA20ox和GA3ox是促进开花的候选基因，而PRR、FLC、SVP、COL16和B3是抑制开花的候选基因。后续我们将解析基因组信息，并通过现代生物技术对瓜尔豆进行遗传改良，创制光不敏感或长日照瓜尔豆新种质。 

  本研究得到了成都生物研究所所长基金（Y9B4010001）支持。相关研究成果 “Photoperiod effects on guar (Cyamopsis tetragonoloba L.)”发表在中国科学院一区Top期刊Industrial Crops and Products，马欣荣研究员为通讯作者、博士研究生李季晗为第一作者。 

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