发现控制大豆产量与品质的关键基因

来源: 中国科学报 / 作者: 2020-06-02
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近日,浙江大学教授寿惠霞团队联合中科院遗传与发育生物学研究所、福建农林大学、美国伊利诺伊大学等多个团队,在《国家科学评论》上发表论文指出,他们发现糖转运蛋白 GmSWEET10a/b 协同调控大豆籽粒大小、含油量和蛋白含量,在大豆驯化改良过程中起到了关键作用。

前期研究中,寿惠霞团队利用国内顶尖的大豆技术体系和研究平台,率先发现种子特异表达基因 GmSWEET10a/b。与此同时,田志喜团队对 870 余个大豆资源材料开展了全基因组测序和性状评估。通过两者关键基因的比对,科研人员发现,GmSWEET10a/b 是迄今发现的大豆驯化过程中对产量和品质最具影响力的基因。

团队进一步研究发现,GmSWEET10a/b 特异表达在大豆种皮的薄壁组织,并介导蔗糖、葡萄糖及果糖从种皮向胚的运输。敲除 GmSWEET10a 或 GmSWEET10b 都会导致百粒重和油分显著下降,蛋白质含量显著提高。两个基因同时敲除,百粒重降低 40.2%, 油分含量降低 40.7%,蛋白含量提高 32.1%。

群体遗传学发现,GmSWEET10a 和 GmSWEET10b 发生了渐进式的变异和人工选择。其中,GmSWEET10a 在大豆驯化过程中受到强烈选择,使栽培品种的籽粒变大、含油量提高、蛋白质含量降低;GmSWEET10b 的驯化和完成选择的程度稍滞后于 GmSWEET10a。在栽培大豆中过表达这两个基因,大豆种子百粒重及油分含量都显著提高,且单株产量提高达 11%~20%。

“下一代大豆育种就可以直接运用这项成果。” 寿惠霞表示。

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa110

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