GMCRY1Aの概日リズミカルな発現と大豆の光周期の開花における緯度のクラインとの関連

開花時間の光周期制御は、植物の緯度分布に影響を与えると考えられています。青色光受容体Cry2は、実験モデルの植物シロイヌナズナの光周期の開花を調節します。しかし、クリプトクロム活性または発現に影響を与える遺伝的変異が植物の緯度分布に広く関連しているかどうかは不明です。ここでは、大豆、Gmcry1aおよびGmcry2aの2つのクリプトクロムの機能と発現の調査を報告します。大豆は、栽培品種の光周期感受性に従って一般的に栽培される短い日（SD）作物です。栽培された大豆（グリシンmax）とその野生の相対（G. soja）は、光周期の開花に強い緯度のクラインを示します。シロイヌナズナのカウンターパートと同様に、GMCRY1AとGMCRY2Aの両方が細胞伸長の青色光阻害に影響しましたが、GMCRY2Aのみが青色光および26Sプロテアソーム依存性の分解を受けました。しかし、シロイヌナズナのクリプトクロムとは対照的に、GMCRY2Aではなく大豆GMCRY1Aは、花型の開始を促進する強力な活性を示し、GMCRY1Aのタンパク質発現のレベルを示しましたが、GMCRY2Aのタンパク質発現のレベルは、異なる光周期に異なる相特性を持つ概日リズムで振動しました。Gmcry1aは大豆の光周期的開花の主要な調節因子であるという仮説と一致して、Gmcry1aタンパク質の光周期依存性概日リズミカルな発現は、大豆栽培品種の光周期的開花および緯度分布と相関しています。GMCRY1Aタンパク質のタンパク質発現に影響を与える遺伝子は、大豆の緯度分布を決定する上で重要な役割を果たすことを提案します。

Photoperiodic control of flowering time is believed to affect latitudinal distribution of plants. The blue light receptor CRY2 regulates photoperiodic flowering in the experimental model plant Arabidopsis thaliana. However, it is unclear whether genetic variations affecting cryptochrome activity or expression is broadly associated with latitudinal distribution of plants. We report here an investigation of the function and expression of two cryptochromes in soybean, GmCRY1a and GmCRY2a. Soybean is a short-day (SD) crop commonly cultivated according to the photoperiodic sensitivity of cultivars. Both cultivated soybean (Glycine max) and its wild relative (G. soja) exhibit a strong latitudinal cline in photoperiodic flowering. Similar to their Arabidopsis counterparts, both GmCRY1a and GmCRY2a affected blue light inhibition of cell elongation, but only GmCRY2a underwent blue light- and 26S proteasome-dependent degradation. However, in contrast to Arabidopsis cryptochromes, soybean GmCRY1a, but not GmCRY2a, exhibited a strong activity promoting floral initiation, and the level of protein expression of GmCRY1a, but not GmCRY2a, oscillated with a circadian rhythm that has different phase characteristics in different photoperiods. Consistent with the hypothesis that GmCRY1a is a major regulator of photoperiodic flowering in soybean, the photoperiod-dependent circadian rhythmic expression of the GmCRY1a protein correlates with photoperiodic flowering and latitudinal distribution of soybean cultivars. We propose that genes affecting protein expression of the GmCRY1a protein play an important role in determining latitudinal distribution of soybeans.