大豆馴化起源于中國(guó)，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(jì)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(fèi)需求逐年增加，進(jìn)一步提高大豆單產(chǎn)和品質(zhì)對(duì)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(guò)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(guò)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，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、浙江大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、美國(guó)伊利諾伊大學(xué)等多家研究團(tuán)隊(duì)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(xué)、生物信息學(xué)和分子遺傳學(xué)相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)了GmSWEET10a和GmSWEET10b可協(xié)同調(diào)控大豆種子大小、含油量和蛋白含量。群體遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)，GmSWEET10a和GmSWEET10b發(fā)生了漸進(jìn)式的變異和人工選擇。其中，GmSWEET10a在大豆馴化過(guò)程中受到強(qiáng)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(méi)有完成最優(yōu)基因型的固定。分子機(jī)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(guò)運(yùn)輸蔗糖和己糖，從而改變種皮向胚的糖分配實(shí)現(xiàn)的（圖）。未來(lái)針對(duì)上述兩個(gè)基因，尤其是GmSWEET10b的遺傳操作或分子設(shè)計(jì)育種可進(jìn)一步提高栽培品種的籽粒大小和含油量，對(duì)大豆生產(chǎn)具有重要意義。
該論文于2020年5月28日發(fā)表在National Science Review雜志（DOI:10.1093/nsr/nwaa110）。浙江大學(xué)王守冬博士、中科院遺傳發(fā)育所劉書(shū)林博士、福建農(nóng)林大學(xué)王杰博士為文章的共同第一作者。中科院遺傳發(fā)育所田志喜研究員、浙江大學(xué)壽惠霞教授、福建農(nóng)林大學(xué)關(guān)躍峰教授和美國(guó)伊利諾伊大學(xué)陳利清助理教授為文章的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
圖: 大豆GmSWEET10a和GmSWEET10b馴化模式
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