大豆作为光周期研究的模式植物,是典型的短日作物,其在短日高温条件下往往过于早花而产量低下。长童期性状赋予大豆在短日高温条件下仍能保证足够的营养生长,从而增加产量。其发现与应用,导致原本不适宜种植大豆的低纬度地区迅速发展成为大豆主产区,改变了世界大豆生产贸易形势。尽管长童期性状如此重要,但控制该性状的QTL/基因尚不清楚,与之相关的遗传基础及分子机制也不明确。本研究首先对童期不同的大豆品种进行纬度梯度多点试验,并在低纬地区进行播期试验,筛选出长童期及常规童期的代表品种;其次利用以常规童期品种中黄24与长童期品种华夏3号为亲本的重组自交系群体,结合群体的RAD-Seq连锁分析和亲本的全基因组重测序分析,确定长童期QTL J的物理位置,并锁定长童期基因J;进而通过克隆长童期基因J,并分别在长童期品种华夏3号中进行互补验证、拟南芥中过表达分析,大豆品种Williams 82中进行基因编辑,鉴定长童期基因J的功能;最后对多个国家地区的171个大豆栽培品种进行J基因的单倍型分析。具体结果如下:1、通过鉴定和分析不同纬度大豆品种的童期表型,发现童期主要由内在遗传机制决定,同时受外部环境调控;并鉴别出具有典型长童期性状的品种,包括巴西3号、巴西8号、巴西13、巴西16、巴西17、桂夏豆2号、华夏3号、苏丹2号、苏丹3号和苏丹4号。其中华夏3号呈现较为一致的长童期特性。2、通过调查并分析中黄24×华夏3号重组自交系群体在广州童期表型,结果发现,F2群体和高代稳定群体中,长童期性状均呈现双峰分布;并且F2群体中童期短的个体占比大,表明长童期性状主要由一个隐性基因(长童期基因J)控制,但是可能还存在其他基因发挥辅助调控作用。3、通过比较分析中黄24×华夏3号重组自交系群体在广州和北京两地童期表型,结果发现,童期受播种时间及播种纬度的影响,可能由多个基因控制,但在不同的环境(广州和北京)下,由不同的主效基因控制。在广州(短日高温诱导开花),童期主要由长童期基因J控制;而在北京(高纬长日抑制开花),童期主要由光周期反应相关基因控制。4、通过对中黄24×华夏3号重组自交系群体进行RAD-Seq简化基因组测序分析,获得了该群体高质量的多态性位点信息,发现该群体等位基因接近于1:1的理想状态,并且遗传结构均一,不存在明显的结构分化,非常适合用于QTL精细定位。通过遗传作图与连锁分析则将长童期性状相关QTL J定位到大小为900 kb的Chr04_bin13-13-13(Chr04:4036172-4909316)区间内。5、通过亲本中黄24和华夏3号的全基因组重测序,精细分析QTL J的遗传变异,将长童期基因J锁定到唯一一个发生单碱基删除导致移码突变的Glyma.04G050200基因,即拟南芥生物节律钟基因ELF3的同源基因GmELF3。6、通过对J的序列分析发现,常规童期品种中黄24的J编码714个氨基酸,而长童期品种华夏3号的j发生单碱基删除,导致编码提前终止,仅能编码443个氨基酸残基,缺失了大量片段而失去功能。此移码突变在中黄24×华夏3号重组自交系群体中与长童期性状共分离。这说明J基因的移码突变导致蛋白失去功能可能是长童期性状的分子基础。7、通过对J基因的克隆及功能验证分析,结果发现J主要在营养器官中表达;它的过表达不仅能促进拟南芥早花,并且能互补突变体j的表型,缩短童期。由此从分子水平进一步证明,J是长童期基因,它的突变是长童期性状的分子基础。8、通过对不同来源大豆品种的J基因进行单倍型分析,并结合低纬种植条件下的生育期性状和农艺性状进行综合分析,发现J基因在长期的自然进化及人工选择下受到了严格的选择,从而演化出至少4种单倍型HT1、HT2、HT3和HT1m,以适应不同的自然环境,并且J与品种的地理纬度适应性密切相关。本研究为深入阐释长童期性状形成的遗传机理奠定基础,进而为充分利用中高纬度的优异种质资源选育适应热带亚热带地区的大豆品种、乃至定向改良大豆生育期培育高产优质品种提供理论依据与技术手段,具有重要的理论意义和应用价值。