大豆含有豐富的油脂和蛋白質(zhì)，是重要的糧食作物和經(jīng)濟作物。種子大小和粒重是植物適應(yīng)環(huán)境的一個重要特征，也是產(chǎn)量構(gòu)成的要素之一。然而，人們當(dāng)前對大豆種子粒重調(diào)控機制的認識仍十分有限，因此挖掘粒重調(diào)節(jié)基因并解析其分子機制，對培育優(yōu)質(zhì)的大豆品種具有重要意義。
4月17日，《植物學(xué)報》(Journal of Integrative Plant Biology)在線發(fā)表了中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員張勁松團隊題為GmJAZ3 interacts with GmRR18a and GmMYC2a to regulate seed traits in soybean的研究論文。該研究鑒定到一個新的大豆百粒重調(diào)控基因GmJAZ3.發(fā)現(xiàn)其蛋白參與的GmJAZ3-GmRR18a-GmMYC2a-GmCKXs模塊介導(dǎo)茉莉酸和細胞分裂素通路，促進大豆籽粒和其他器官增大，并調(diào)控籽粒營養(yǎng)物質(zhì)組成。
研究通過構(gòu)建大豆種子的基因共表達網(wǎng)絡(luò)，鑒定出核心基因GmJAZ3(圖A)，它編碼的蛋白定位于細胞核中，具有轉(zhuǎn)錄抑制活性。大豆中過表達該基因促進了種子大小和粒重，降低了脂肪酸含量，提高了蛋白質(zhì)含量(圖B-D)。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)GmJAZ3顯著抑制了多個細胞分裂素氧化酶基因GmCKX表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)，一方面，GmJAZ3直接與茉莉酸信號通路轉(zhuǎn)錄因子GmMYC2a相互作用，抑制了GmMYC2a對GmCKX3-4的轉(zhuǎn)錄激活作用;另一方面，GmJAZ3與細胞分裂素信號通路轉(zhuǎn)錄因子GmRR18a相互作用，抑制了GmRR18a對GmMYC2a和GmCKX3-4的轉(zhuǎn)錄激活作用，協(xié)同調(diào)控大豆種子大小(圖E)。同時，研究還發(fā)現(xiàn)JAZ3在野生大豆到栽培大豆馴化過程中經(jīng)歷了人工選擇，它在水稻和擬南芥中的同源基因也具有類似功能。該研究揭示了大豆粒重和品質(zhì)調(diào)控的新機制，為大豆高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)育種提供了基因資源和理論指導(dǎo)。
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的資助。
GmJAZ3的鑒定和轉(zhuǎn)基因植株表型及分子機制。(A)共表達網(wǎng)絡(luò)鑒定的核心基因。(B)JACK，Null和GmJAZ3轉(zhuǎn)基因大豆V4時期植株形態(tài)。標(biāo)尺為10cm。(C)JACK，Null和GmJAZ3轉(zhuǎn)基因大豆的種子。標(biāo)尺為1cm。(D)JACK，Null和GmJAZ3轉(zhuǎn)基因大豆種子的脂肪酸和蛋白質(zhì)含量(n=3)。(E)GmJAZ3調(diào)節(jié)種子大小和重量的工作模型。
2023年4月25日
來源：中國科學(xué)院遺傳和發(fā)育生物學(xué)研究所
