植物所壽惠霞課題組在National Science Review發(fā)表論文揭示大豆產(chǎn)量與品質(zhì)的協(xié)同調(diào)控機制
大豆馴化起源于中國，隨后廣泛傳播于世界各地，為人類提供了主要的植物油和蛋白資源，是世界性的重要糧食經(jīng)濟作物。隨著世界人口的增加和飲食結(jié)構(gòu)的改變，全球?qū)Υ蠖瓜M需求逐年增加，進一步提高大豆單產(chǎn)和品質(zhì)對于保障世界大豆生產(chǎn)具有重要意義。
野生大豆籽粒小、含油量低、蛋白質(zhì)含量高；而經(jīng)過馴化的栽培大豆通常籽粒大、含油量高、蛋白質(zhì)含量低。在大豆馴化和改良過程中，這些產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的改變是否可能由單基因的協(xié)同控制完成還不清楚。近日，浙江大學、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所、福建農(nóng)林大學、美國伊利諾伊大學等多家研究團隊合作，發(fā)表了題為“Simultaneous changes in seed size, oil content, and protein content driven by selection of SWEET?homologues during soybean domestication”的研究論文，發(fā)現(xiàn)GmSWEET10a和GmSWEET10b可協(xié)同調(diào)控大豆種子大小、含油量和蛋白含量，在大豆馴化改良中起到了關(guān)鍵作用。
本研究首先利用基因組學、生物信息學和分子遺傳學相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)了GmSWEET10a和GmSWEET10b協(xié)同調(diào)控大豆種子大小、含油量和蛋白含量。群體遺傳學發(fā)現(xiàn)，GmSWEET10a和GmSWEET10b發(fā)生了漸進式的變異和人工選擇。其中，GmSWEET10a在大豆馴化過程中受到強烈選擇，使栽培品種的籽粒變大、含油量提高、蛋白質(zhì)含量降低；GmSWEET10b的馴化和完成選擇的程度滯后于GmSWEET10a，目前還沒有完成最優(yōu)基因型的固定。分子機制解析表明，GmSWEET10a和GmSWEET10b協(xié)同調(diào)控種子大小、含油量和蛋白質(zhì)含量是通過運輸蔗糖和己糖，從而改變種皮向胚的糖分配實現(xiàn)的（圖1）。未來針對上述兩個基因，尤其是GmSWEET10b的遺傳操作或分子設(shè)計育種可進一步提高栽培品種的籽粒大小和含油量，對大豆生產(chǎn)具有重要意義。
圖1.? 大豆GmSWEET10a和GmSWEET10b馴化模式圖
該論文于2020年5 月27日在線發(fā)表在National Science Review雜志，5年影響因子13.833。浙江大學為第一作者單位。浙江大學王守冬博士、中科院遺傳發(fā)育所劉書林博士、福建農(nóng)林大學王杰博士為文章的共同第一作者。浙江大學壽惠霞教授、中科院遺傳發(fā)育所田志喜研究員、福建農(nóng)林大學關(guān)躍峰教授和美國伊利諾伊大學陳利清助理教授為文章的共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目的資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa110
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