大豆是典型的短日照作物，其开花与成熟对光周期变化高度敏感，这种敏感性决定了不同品种的适宜种植范围。因此，开花时间不仅是决定大豆地域适应性的关键农艺性状，也是品种改良和种质创新的重要突破口。解析大豆开花时间的调控机制，不仅有助于拓展大豆的种植区域，为实现“北豆南移”策略提供理论支撑，也对提升我国大豆产量与品质，保障粮食安全具有重要的意义。
近日，生命科学学院王应祥课题组在国际期刊Nucleic Acids Research（2025年影响因子13.1）在线发表题为“Glycine max Jumonji C domain-containing proteins JMJ19/20 exhibit endopeptidase activity and interact with LUXs to mediate flowering time”的研究论文。该研究首次在植物中揭示了两个编码组蛋白去甲基化酶GmJMJ19和GmJMJ20并不具有去甲基化活性，而是在组蛋白未修饰的 H3K27 位点发挥水解切割的功能，并通过与生物钟夜晚复合体成员GmLUX2 相互作用，促进下游基因GmFULc的表达，进而调控大豆的开花时间。
组蛋白切割（Histone clipping）作为一种重要的表观遗传调控方式，已在动物系统中被广泛研究与报道，迄今，植物领域还未有报道组蛋白的切割酶。本研究发现，大豆中两个被注释为 Jumonji C 结构域的组蛋白去甲基化酶GmJMJ19/20，缺乏去甲基化酶活，而是能够对未修饰的组蛋白H3K27 位点进行特异性水解切割（图1）。这是植物领域中组蛋白切割酶的首次报道，也是第一次证明植物中编码的组蛋白去甲基化酶具有组蛋白切割酶的活性，为理解植物组蛋白的修饰机制提供了新的视角。
图1 GmJMJ19具有组蛋白H3的内肽酶的活性，且不依赖于Fe2+和α-KG
研究表明，GmJMJ19/20与夜间复合物（Evening complex, EC）成员GmLUX2共表达，并在体内、外发生特异性互作，而不与EC的其他成员互作。通过CRISPR/Cas9构建的GmJMJ19/20大豆突变体表现出显著的晚花表型，暗示GmJMJ19/20与GmLUX2在同一通路中发挥作用。进一步的转录组和ChIP-seq分析表明，GmJMJ19/20与GmLUX2在基因组上共定位，且共同调控一系列基因表达。在开花时间调控中，它们通过促进下游基因如GmFULc来促进开花。研究还发现，GmLUX2能够特异地结合在GmFULc启动子区域的LBS（LUX binding site）位点上，与GmJMJ19/20协同激活基因表达。揭示了LUX2介导独立于EC复合体之外调控开花时间的新机制。
自然变异单倍型分析表明，GmLUX2-GmJMJ19/20这条新通路，很可能正是大豆适应不同日照长度的关键“微调旋钮”之一。GmJMJ19的H1和H3单倍型在农家种和改良品种中的占比显著高于野生大豆，表明其在驯化与改良过程中可能受到选择。其中，表达水平相对较低的H1单倍型，其开花时间晚于表达水平较高的H3单倍型。尤为重要的是，在我国大豆产区，随着纬度降低，适应短日照、开花较晚的H1单倍型占比呈现逐步升高的趋势（图2）。这一发现不仅直观体现了该基因在自然变异与人工选择下的“微调”作用，更从地理分布上印证了其生态适应性，为面向不同纬度地区的分子设计育种提供了可操作的遗传靶点。
图2 GmJMJ19/20调控大豆开花时间模型图及GmJMJ19参与大豆向我国南方的适应性扩张
王应祥教授和尤辰江教授共同担任通讯作者。岭南现代农业科学与技术广东省实验室博士后韩雅彭和学校生命科学学院贾倩副教授为共同第一作者。本研究得到了国家科技重大专项、国家自然科学基金、广东省珠江人才计划、广州市基础与应用基础研究基金、以及学校双一流学科建设项目的支持。
相关论文链接：https://doi.org/10.1093/nar/gkag134
文图/生命科学学院 韩雅彭
