中國(guó)科學(xué)院東北地理所等在大豆高蛋白主要控制基因POWR1的鑒定和分析研究中取得進(jìn)展

　　大豆（Glycine max）是富含植物油（20%）和蛋白（40%）的糧飼作物，在我國(guó)糧食供給、食品工業(yè)和禽畜飼料中處于重要地位。豆油在我國(guó)占植物油食用消費(fèi)的50%左右，豆粕在飼料蛋白中的占比達(dá)80%。大豆蛋白包含8種人體必須氨基酸，是優(yōu)質(zhì)的植物蛋白，在膳食中可以部分代替動(dòng)物蛋白。高蛋白育種是大豆育種的重要內(nèi)容，但大豆蛋白質(zhì)的遺傳改良十分緩慢，這主要是因?yàn)榇蠖沟鞍踪|(zhì)和油脂極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。近年來(lái)，以產(chǎn)量為目標(biāo)的大豆育種帶動(dòng)了油脂含量的不斷提升，但是蛋白質(zhì)含量總體上有下降趨勢(shì)，這為培育高蛋白或蛋油平衡的優(yōu)質(zhì)大豆帶來(lái)挑戰(zhàn)。

 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆遺傳與分子改良學(xué)科組博士張恒友及其合作者在大豆高蛋白主要控制基因的鑒定和分析取得研究成果。研究利用經(jīng)典連鎖數(shù)量性位點(diǎn)狀（QTL）分析結(jié)合基因組測(cè)序數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，鑒定到位于20號(hào)染色體的一個(gè)主效QTL cqPro-20。該QTL自1992年首次鑒定，在不同遺傳背景中被鑒定到，但基因不清楚，發(fā)掘其控制基因一直是大豆蛋白研究的主要內(nèi)容。研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)編碼CCT結(jié)構(gòu)域的基因POWR1（Protein, Oil, Weight Regulator 1）控制cqPro-20，一個(gè)321-bp轉(zhuǎn)座子在CCT結(jié)構(gòu)域的插入/缺失是該位點(diǎn)引起蛋白和油脂變異的主因。通過(guò)群體基因組學(xué)、近等基因系和大豆遺傳轉(zhuǎn)化研究證實(shí)，POWR1調(diào)控蛋白質(zhì)和油份含量，并影響粒重和田間產(chǎn)量；突變和野生型分別控制高油和高蛋白表型，從遺傳上解釋了部分蛋-油負(fù)相關(guān)遺傳基礎(chǔ)。研究還表明，POWR1是大豆馴化的重要基因之一，高油基因型受到強(qiáng)烈選擇，推斷對(duì)高油基因型的強(qiáng)烈選擇主要是由于對(duì)大籽粒的優(yōu)先選擇而導(dǎo)致。高蛋白基因型在栽培大豆中含量較少且主要分布在亞洲，并且在POWR1位點(diǎn)有明顯的基因?qū)牒圹E（如圖B），推測(cè)與本地高蛋白育種需求有關(guān)，符合亞洲自古都是大豆蛋白主要消費(fèi)地的認(rèn)識(shí)。該研究為闡明大豆蛋白質(zhì)和油份的分子調(diào)控機(jī)制以及高蛋白的精準(zhǔn)分子育種帶來(lái)了機(jī)遇。

 

　　相關(guān)研究成果以POWR1 is a domestication gene pleiotropically regulating seed quality and yield in soybean為題，發(fā)表在Nature Communications上。