6月19日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所大豆優(yōu)異基因資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團隊和作物生物信息學(xué)及應(yīng)用創(chuàng)新團隊合作鑒定了調(diào)控大豆果莢著色的關(guān)鍵基因L1，解析了其分子機制，并闡明了深色豆莢對野生大豆環(huán)境適應(yīng)性的重要性以及選擇淺色豆莢在大豆馴化和改良中的意義。相關(guān)研究成果在《分子植物》（Molecular Plant）在線發(fā)表。

 

　　在大豆漫長的馴化過程中，人類對其野生近緣種進行了持續(xù)的選擇，導(dǎo)致其形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能都發(fā)生了顯著變化，合稱為馴化綜合征。大豆莢色是一種典型的馴化綜合征，其中野生大豆莢通常是黑色的，而現(xiàn)代栽培大豆往往是褐色或淺褐色的莢。1923年，Woodworth等人提出L1是調(diào)控大豆成熟果莢著色的主要位點。然而，百年后的今天，調(diào)控這一性狀的確切基因仍不清楚。

 

　　該研究成功鑒定出了調(diào)控大豆果莢顏色的關(guān)鍵因子L1基因，該基因在大豆果莢中高表達，并編碼一種豆科特異的L1蛋白。進一步研究發(fā)現(xiàn)，它能夠通過反應(yīng)生成紅果酸和番石榴酸，這兩種化合物進一步被氧化或與其它物質(zhì)發(fā)生聚合反應(yīng)導(dǎo)致大豆莢顏色變深，并導(dǎo)致大豆種皮出現(xiàn)不規(guī)則的色素沉著。除此之外，與淺褐色豆莢相比，黑色豆莢的光熱轉(zhuǎn)化效率更高，導(dǎo)致其在光下具有更高的表面溫度和更強烈的溫度變化。而高溫和劇烈溫度變化是影響大豆炸莢的重要環(huán)境因素，因此，L1黑莢大豆在大田環(huán)境下的炸莢率遠高于其基因編輯材料l1-cr。

 

　　由此推斷，野生大豆中L1基因不僅能夠使種子更有效的傳播，還促進了種皮色素的沉積提供一種偽裝色，避免種子被覓食者發(fā)現(xiàn)，從而提高了野生大豆的環(huán)境適應(yīng)性。而栽培大豆中L1基因卻不利于大豆成熟后的收獲，同時斑駁的種皮嚴重影響了種子外觀，降低了其品質(zhì)。因此，在大豆馴化過程中L1基因被逐漸淘汰，而其功能缺失等位基因l1受到了強烈的人工選擇。該研究解析了大豆果莢顏色變異的分子機制，為深入理解大豆馴化提供了新思路，為豆科植物的從頭馴化和品種改良提供了重要靶基因。

 

　　作科所呂向光博士和李英慧研究員為本論文的第一作者，邱麗娟研究員和劉斌研究員為該論文通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程、國家自然科學(xué)基金青年基金以及博士后基金面上項目的資助。

 

　　原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205223001697