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改变是否可能由单基因的协同控制完成还不清楚。近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所、浙江大学、福建农林大学、美国伊利诺伊大学等多家研究团队合作，发表了题为“Simultaneous changes in seed size, oil content, and protein content driven by selection of SWEET homologues during soybean domestication”的研究论文，发现GmSWEET10a和GmSWEET10b可协同调控大豆种子大小、含油量和蛋白含量，在大豆驯化改良中起到了关键作用。
本研究首先利用基因组学、生物信息学和分子遗传学相结合的方法，发现了GmSWEET10a和GmSWEET10b可协同调控大豆种子大小、含油量和蛋白含量。群体遗传学发现，GmSWEET10a和GmSWEET10b发生了渐进式的变异和人工选择。其中，GmSWEET10a在大豆驯化过程中受到强烈选择，使栽培品种的籽粒变大、含油量提高、蛋白质含量降低；GmSWEET10b的驯化和完成选择的程度滞后于GmSWEET10a，目前还没有完成最优基因型的固定。分子机制解析表明，GmSWEET10a和GmSWEET10b协同调控种子大小、含油量和蛋白质含量是通过运输蔗糖和己糖，从而改变种皮向胚的糖分配实现的（图）。未来针对上述两个基因，尤其是GmSWEET10b的遗传操作或分子设计育种可进一步提高栽培品种的籽粒大小和含油量，对大豆生产具有重要意义。
该论文于2020年5月28日发表在National Science Review杂志（DOI:10.1093/nsr/nwaa110）。浙江大学王守冬博士、中科院遗传发育所刘书林博士、福建农林大学王杰博士为文章的共同第一作者。中科院遗传发育所田志喜研究员、浙江大学寿惠霞教授、福建农林大学关跃峰教授和美国伊利诺伊大学陈利清助理教授为文章的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。
 |
| 图: 大豆GmSWEET10a和GmSWEET10b驯化模式 |
