東北地理所在大豆種子油脂與蛋白平衡調(diào)控機制研究方面取得重要進展
大豆[Glycine max (L) Merr.]是一種全球重要的糧油兼用作物，為人類提供了60%的植物蛋白和30%的脂肪來源。種子中的油分與蛋白質(zhì)含量是決定其經(jīng)濟價值的關鍵性狀，然而二者之間存在顯著的負相關關系。打破這種制約、實現(xiàn)油分與蛋白質(zhì)含量的協(xié)同提升，一直是大豆育種中的重大挑戰(zhàn)。已有研究顯示，大豆種子中糖含量與油分呈正相關，而與蛋白質(zhì)含量呈負相關，表明糖可能作為關鍵信號分子參與調(diào)控油分與蛋白質(zhì)的平衡，但其具體分子機制尚不明確。
中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆分子設計育種團隊前期研究發(fā)現(xiàn)，糖轉(zhuǎn)運蛋白 GmSWEET10a/b 通過介導糖從種皮向胚的運輸，正向調(diào)控種子油分積累，并負向調(diào)控蛋白質(zhì)含量。在本研究中，基于對 GmSWEET10a/b 雙突變體（gmsweet10a,b）的轉(zhuǎn)錄組與代謝組數(shù)據(jù)分析，我們進一步系統(tǒng)解析了糖轉(zhuǎn)運過程調(diào)控大豆油分-蛋白質(zhì)平衡的分子機制。空間代謝組分析結果顯示，在 gmsweet10a,b 雙突變體中，胚的糖含量顯著降低，表明胚處于糖饑餓狀態(tài)。轉(zhuǎn)錄代謝聯(lián)合分析進一步表明，突變體胚中用于油分合成的碳前體供應不足，同時蔗糖代謝、脂肪酸生物合成及三酰甘油組裝相關基因的表達均顯著下調(diào)。相反，貯藏蛋白11S、2S球蛋白和 7S β-伴大豆球蛋白編碼基因表達明顯上調(diào)。這些變化共同導致突變體種子中油分含量下降而蛋白質(zhì)含量上升。本研究還鑒定出兩個關鍵樞紐基因：GmSnRK1 和 GmACO1。其中，GmSnRK1 作為能量感受器，可能整合蔗糖信號與碳代謝流；GmACO1 則通過參與乙烯生物合成途徑，影響種子內(nèi)部的糖水平及油分-蛋白質(zhì)比例。這些發(fā)現(xiàn)為解析大豆種子中油分與蛋白質(zhì)積累的復雜調(diào)控網(wǎng)絡提供了新的分子線索。
研究成果近期在線發(fā)表于國際期刊《The Plant Journal》（中國科學院一區(qū)TOP期刊，IF=6.2）上，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士研究生孫嘉逸與李偉強研究員為論文的共同第一作者，王守冬研究員、馮獻忠研究員與德克薩斯理工大學Lam-Son Phan Tran教授為共同通訊作者，該研究得到國家自然科學基金（32171926,32441053）、吉林省自然科學基金(20240101026JJ)、中國科學院青年創(chuàng)新促進會（2023239）和青年科學家小組（(2022QNXZ05）等項目的資助。
大豆種子中糖水平調(diào)控油分 - 蛋白平衡的模型
論文信息：Sun,J.,Li,W.,Wei,X.,Shou,H.,Tran,L.-S.P.,Feng,X. and Wang,S. (2025). Mechanistic roles of GmSWEET10a/b and GmSUT1 in the oil–protein balance in soybean mature seeds at transcriptional and metabolic levels. Plant J,123: e70435.
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70435
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