中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所解析雙功能鋅指蛋白類轉(zhuǎn)錄因子GmZFP7調(diào)控大豆異黃酮積累的分子機(jī)制

　　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(duì)研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)雙功能鋅指蛋白類轉(zhuǎn)錄因子GmZFP7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）》雜志。

 

　　據(jù)孫君明研究員介紹，大豆不僅含有豐富的蛋白質(zhì)和油脂，同時(shí)還富含異黃酮等生物活性成分，有研究表明大豆異黃酮對特定癌癥具有預(yù)防和抑制功效，且對骨質(zhì)疏松和心血管疾病等也有明顯的預(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。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)鋅指蛋白類轉(zhuǎn)錄因子基因GmZFP7。實(shí)驗(yàn)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降低到27%。分析發(fā)現(xiàn)，該基因具有可以促進(jìn)異黃酮合成過程中關(guān)鍵酶GmIFS2基因表達(dá)，同時(shí)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(yàn)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，在敲除該基因植株的葉片和種子中，該基因的表達(dá)水平和異黃酮含量顯著降低，同時(shí)GmF3H1的表達(dá)量提高；而在過表達(dá)植株葉片和種子中結(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，如苯丙烷路徑中的肉桂酸、七葉樹素、異甘草酸和根皮苷，黃酮類路徑中的大波斯菊甙、毛地黃黃酮、芹黃素，以及黃烷酮路徑中的柚皮苷和柚皮素；而黃烷醇合成路徑中的槲皮素和煙花甙含量顯著降低，蘆丁、異鼠李亭甙和野櫻素含量顯著提高。該研究還基于1557份大豆種質(zhì)的單倍型分析，鑒定出兩個(gè)異黃酮含量顯著較高的優(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。

 

　　作科所博士研究生馮岳、張晟瑞博士和李靜博士為共同第一作者，作科所孫君明研究員和李斌副研究員為共同通訊作者。該研究獲得國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程項(xiàng)目資助。

 

　　原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.18610