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Artificial selection of two antagonistic E3 ubiquitin ligases finetunes soybean photoperiod adaptation and grain yield

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作者
Fan Wang,Shuangrong Liu,Haiyang Li,Chao Fang,Sijia Fang,Jianhao Wang,Shichen Li,Huan Liu,Haiping Du,Lingshuang Wang,Xinxin Pei,Bohong Su,Zhihui Sun,Quan Li,Lidong Dong,Qun Cheng,Xiaohui Zhao,Baohui Liu,S. Lu,Fanjiang Kong,Xiaoya Lin
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (45)
标识
DOI:10.1073/pnas.2321473121
摘要

The precise control of flowering time is of utmost importance for crop adaptation to varying environmental conditions and consequently determines grain yield and plant fitness. Soybean E2 , the homolog of Arabidopsis GIGANTEA , is a major locus contributing to high-latitude adaptation and is involved in photoperiod sensitivity. However, due to major effects of E2 , additional genetic loci controlling soybean flowering and adaptation have historically been masked and difficult to identify. Here, by eliminating the effect of E2 , we identified a Tof9 locus controlling flowering in which ZEITLUPE 2 ( ZTL2 ) is the causal gene. ZTL2 encodes an F-box E3 ubiquitin ligase with homology to Arabidopsis ZEITLUPE and is shown to play a key role in the soybean photoperiodic flowering pathway. ZTL2 physically interacts with E2 to mediate its degradation. Intriguingly, ZTL2 and FKF1, both belong to the F-box-type E3 ubiquitin-ligase family, exhibit opposite roles in regulating soybean flowering. ZTL2 degrades E2, leading to early flowering, while FKF1 stabilizes E2, resulting in delayed flowering. The balance between ZTL2-mediated degradation and FKF1-mediated stabilization enables soybeans to finetune flowering time and maximize grain yield. Field-grown ztl2 mutants are taller, flower late, and have increased yield parameters. ZTL2 and FKF1b bear contrasting artificial-selection patterns to adapt to different latitudes. This antagonistic regulation is crucial for soybean adaptation to diverse ecological settings and allows plants to fine-tune their flowering time in response to photoperiod and latitudinal changes.
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