科学视点

关键基因表达可使大豆单株产豆量提高10%

1日,从浙江大学获悉,该校生命科学学院寿惠霞教授团队联合中国科学院遗传与发育生物学研究所、福建农林大学、美国伊利诺伊大学等科研机构的研究团队,最新发现糖转运蛋白GmSWEET10a/b协同调控大豆籽粒大小、含油量和蛋白含量,在大豆驯化改良过程中起到了关键作用。研究论文发表于国际知名期刊《国家科学评论》。



大豆GmSWEET10a和GmSWEET10b驯化模式图 受访者供图
随着世界人口的增加和饮食结构的改变,全球对大豆消费需求逐年增加。野生大豆籽粒小、含油量低、蛋白质含量高,而经过驯化的栽培大豆通常籽粒大、含油量高、蛋白质含量低。在大豆驯化和改良过程中,这些产量和品质性状的协同调控是否能够由单基因独立完成尚不清楚。
前期研究中,寿惠霞团队利用国内顶尖的大豆技术体系和研究平台,发掘影响种子发育的关键基因,并率先发现种子特异表达基因GmSWEET10a/b。与此同时,中科院遗传与发育生物学研究所田志喜团队对870余个大豆资源材料开展了全基因组测序和性状评估。通过两者关键基因的比对,科研人员发现,GmSWEET10a/b是迄今发现大豆驯化过程中对产量和品质最具影响力的基因。
经过深度研究,科研人员发现GmSWEET10a/b特异表达在大豆种皮的薄壁组织,并介导蔗糖、葡萄糖及果糖从种皮向胚的运输。敲除GmSWEET10a或GmSWEET10b都会导致百粒重和油份显著下降,蛋白质含量显著提高。两个基因同时敲除,百粒重降低40.2%, 油分含量降低40.7%,蛋白含量提高32.1%。
“栽培大豆中通过高表达这两个基因,大豆种子百粒重及油分含量都显著提高,且单株产量提高达11%-20%。”寿惠霞介绍,这项研究对可以直接运用于大豆产量、品质性状的分子标记物辅助育种,对于增产保质具有积极意义。




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