【智惠農(nóng)民】新研究為大豆異黃酮分子育種提供新思路

11月9日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所大豆育種技術(shù)創(chuàng)新與新品種選育創(chuàng)新團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)一個雙功能鋅指蛋白類轉(zhuǎn)錄因子GmZFP7，其可正向調(diào)控大豆異黃酮積累，為大豆異黃酮分子育種提供理論依據(jù)。相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表于《新植物學(xué)家（New Phytologist）》。

大豆不僅含有豐富的蛋白質(zhì)和油脂，同時還富含異黃酮等生物活性成分。有研究表明，大豆異黃酮對骨質(zhì)疏松和心血管等疾病有預(yù)防作用。大豆異黃酮為典型的數(shù)量性狀，受多基因控制，其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜。研究大豆異黃酮調(diào)控機(jī)理，對改良大豆品種異黃酮營養(yǎng)品質(zhì)，提升我國大豆產(chǎn)業(yè)綜合競爭力有重要意義。

GmZFP7調(diào)控大豆異黃酮積累示意圖

該研究發(fā)現(xiàn)了一個鋅指蛋白類轉(zhuǎn)錄因子基因GmZFP7。實驗表明，過表達(dá)該基因可使發(fā)狀根中的異黃酮比對照提高1.15~3.79倍，而沉默該基因可使異黃酮含量比對照降低73%。分析發(fā)現(xiàn)，該基因可以促進(jìn)異黃酮合成過程中關(guān)鍵酶GmIFS2基因表達(dá)，同時抑制黃烷酮合成路徑中的GmF3H1基因表達(dá)的雙功能。為了進(jìn)一步驗證該基因功能，研究人員獲得了基因編輯敲除和過表達(dá)轉(zhuǎn)化植株，在敲除該基因的植株葉片和種子中，該基因的表達(dá)水平和異黃酮含量顯著降低，同時GmF3H1的表達(dá)量提高；而過表達(dá)的植株結(jié)果反之。代謝組分析表明，在基因敲除種子中可檢測到57種酚類代謝產(chǎn)物，其中24種與對照存在差異，特別是在異黃酮合成路徑中的上游產(chǎn)物含量顯著升高，而黃烷醇合成路徑中的槲皮素和煙花甙含量卻顯著降低。該研究還基于1557份大豆種質(zhì)的單倍型分析，鑒定出兩個異黃酮含量較高的優(yōu)異單倍型。該研究為大豆異黃酮的分子育種提供了新思路和優(yōu)異基因。

該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項目資助。

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記者

宋雅娟 謝蕓