https://mp.weixin.qq.com/s/h0RazssJ4qm4KVIjkg9Hqw

大豆（Glycine max）是全球最重要的“糧油飼”兼用作物之一，是優(yōu)質(zhì)植物蛋白的主要來(lái)源。中國(guó)是世界上最大的大豆消費(fèi)國(guó)和進(jìn)口國(guó)。近年來(lái)，我國(guó)大豆供需矛盾日益突出，已成為制約國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)展的卡脖子問(wèn)題。種子大小是決定作物產(chǎn)量的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀之一。挖掘調(diào)控大豆種子大小的關(guān)鍵基因并解析其分子機(jī)制，對(duì)培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大豆新品種具有重要意義。

國(guó)家植物園（南園）賀超英研究團(tuán)隊(duì)在前期工作基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)大豆小粒突變體sms6進(jìn)行分析，克隆到了調(diào)控大豆粒重及品質(zhì)的關(guān)鍵基因GmSMS6。研究發(fā)現(xiàn)，在GmSMS6基因敲除株系中，其百粒重、單株產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量顯著提高，但油脂含量降低。GmSMS6編碼一個(gè)14-3-3蛋白，該蛋白可與轉(zhuǎn)錄因子GmbZIP151和E3泛素連接酶GmUBQ1發(fā)生蛋白-蛋白互作。進(jìn)一步生化與分子生物學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，這些蛋白-蛋白互作介導(dǎo)了GmbZIP151的泛素化修飾與降解，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)其蛋白豐度與轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性，影響其下游基因的表達(dá)。結(jié)合遺傳分析進(jìn)一步證明，GmSMS6通過(guò)物理和遺傳互作與GmUBQ1-GmbZIP151形成一個(gè)模塊調(diào)控大豆粒重與品質(zhì)。小區(qū)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)GmSMS6進(jìn)行基因敲除可使大豆增產(chǎn)約10%，表明該分子模塊潛在的育種價(jià)值。

此外，進(jìn)化分析推演了該模塊中3個(gè)基因在大豆馴化過(guò)程中的受選擇情況、單倍型變異式樣與最優(yōu)單倍型組配方案。研究人員在大豆核心種質(zhì)群體中未發(fā)現(xiàn)GmSMS6的功能缺失等位變異，而人工誘變的sms6是由一個(gè)氨基酸替換導(dǎo)致GmSMS6功能增強(qiáng)的突變體，使得大豆種子變小。

上述研究結(jié)果揭示了大豆粒重與品質(zhì)調(diào)控的新分子模塊及其機(jī)制，為通過(guò)基因編輯與多基因聚合培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大豆新品種提供了重要的基因資源與理論指導(dǎo)，并為理解植物種子大小調(diào)控、形態(tài)進(jìn)化與作物產(chǎn)量-品質(zhì)的協(xié)同改良提供了新見(jiàn)解與新思路。

研究成果于近日在線發(fā)表在Nature Communications上。國(guó)家植物園（南園）已畢業(yè)博士研究生李兵兵為論文第一作者，賀超英研究員為通訊作者。國(guó)家植物園（南園）在讀博士研究生楊策、安正紅、余宏強(qiáng)和碩士研究生陳漫影，已畢業(yè)博士研究生雍斌和朱韋韋，高級(jí)工程師王艷與中國(guó)農(nóng)科院作科所谷勇哲副研究員也參與了該工作。該研究得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-65598-y

功能進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)研究組

組長(zhǎng)：賀超英研究員

郵箱：chaoying@ibcas.ac.cn

主要研究方向：

（1）果實(shí)起源及形態(tài)結(jié)構(gòu)多樣性和形態(tài)創(chuàng)新進(jìn)化發(fā)育的遺傳基礎(chǔ)；

（2）大豆果實(shí)性狀馴化的遺傳變異基礎(chǔ)及高產(chǎn)分子模塊解析；

（3）植物生殖器官適應(yīng)性進(jìn)化和可塑性的遺傳基礎(chǔ)；

（4）花和果實(shí)發(fā)育相關(guān)重要基因家族的功能進(jìn)化及其挖掘利用等。