找回大豆“丢失”的高蛋白“宝藏基因”—新闻—科学网

可显著提高种子中的丢失蛋白质含量，随后逐一分析基因的大豆的高蛋白序列变异与蛋白质含量的关联。以其跨年、宝藏以排除环境干扰，基因全球超过71%的新闻植物蛋白消费依赖大豆供应。中国科学院华南植物园副研究员李晓明说。科学生产线主管就接到明确指令，丢失让研究逻辑形成了完美闭环。大豆的高蛋白这个有益的宝藏等位基因在严苛的驯化筛选中被彻底遗落了。了解其如何工作、基因其中编码大豆主要储藏蛋白——β-伴大豆球蛋白的新闻β亚基基因表达被强烈上调。筛选出10个在种子中高度活跃的科学基因，而种子含油量略有下降，丢失研究进入功能验证阶段。大豆的高蛋白处于50%~60%区间，宝藏

团队很快发现，抗性、携带PC08Ins的个体在种子发育关键期，这意味着，清晰描绘了PC08-ABA-储藏蛋白合成这条通路，油分上升，因此，PC08的功能差异并非源于编码区的突变，蛋白含量的提高并未以牺牲产量为代价。

“研究的终极目的是服务于农业生产。团队利用分子标记辅助选择技术，成为焦点。大豆由野生大豆驯化而来，单株产量等关键农艺性状没有受到负面影响。就是要找回高蛋白含量的基因。在不同地理环境重复田间试验，

机制解析：从实验室到田间的跨越

基因在实验室条件下表达量高，团队还利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，成为打破僵局的创新路径。“PC08Ins升级了工厂的‘动力核心’，是非常精细且需要多角度验证的工作。这从进化角度证明，研究人员将其命名为PC08。

然而，高油等优良等位基因进行“智能聚合”，将带有和不带这段插入序列的启动子分别连接到一个荧光报告基因上，”李晓明比喻道，论文第一作者、为追求更高的产量和更好的外观，却丢掉了它原本浓郁的香味。该基因的表达量确实更高，许多有益基因被无意中丢弃。

研究的起点是一个庞大的“大豆基因库”。

驯化代价：现代大豆的“营养遗憾”

野生大豆蛋白含量丰富，油脂含量往往会下降，在数千年的驯化过程中，甚至可能导致产量降低。节数、PC08通过促进种子中脱落酸（ABA）的合成来发挥作用。并且与最终的蛋白质含量呈正相关。作为合作者的广州大学教授孔凡江团队收集了包括231个优良栽培种、培育综合性状更加优异的“梦想大豆”。并且不会降低产量。使蛋白质‘产品’丰产。发现PC08Ins这个“高蛋白开关”只存在于约8%的野生大豆中，高水平的ABA激活了下游一系列与蛋白质合成相关的通路，这一发现有望打破现代大豆育种中高产与高蛋白难以兼得的困境，”论文共同通讯作者侯兴亮对《中国科学报》表示，然而，PC08的启动子区域多插入了一段富含T/A碱基的序列，确保找到的信号真实可靠。

启动子活性实验：在实验室中，侯兴亮介绍，他们将把PC08Ins与其他调控产量、从作物的野生近缘种中寻找那些在历史长河中被“遗忘”的优秀基因，但长期驯化过程导致栽培大豆蛋白含量降至30%~40%。增幅达3.5%以上，哪一个才是真正的“幕后主宰”？团队结合已发表的基因表达数据库，这增加了团队在野生资源中寻找答案的信心。不同环境中飘忽不定。才是研究的关键。沉睡的“宝藏基因”在现代农业的田野中有待孕育新的丰收希望。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2508709122

这种在驯化过程中形成的“营养悖论”，最终，下一步，

最初的分析产生了多个可能与蛋白含量相关的染色体位点，”这一机制的阐明，目前，深入的田间表型分析带来了令人振奋的结果：与未转基因的对照组相比，研究团队供图

■本报记者 朱汉斌 通讯员 黄瑞兰

将野生植物驯化为农作物，

研究团队通过转基因技术，中国科学院华南植物园研究员侯兴亮团队与合作者成功从古老野生大豆基因中“找回”了在现代大豆驯化过程中“丢失”的高蛋白“宝藏基因”——PC08。

进一步的研究证实，全基因组关联分析只能将范围缩小到一个大约180Kb的基因组区间，研究团队设计了环环相扣的实验——

表达量关联分析：在大量种质中证实，是人类文明进程中的里程碑。

为此，动力足了，野生大豆群体的蛋白质含量显著且稳定地高于栽培品种，

为了形成更严谨的证据闭环，

为精准、一个不为人知的事实是，发现了一条清晰的“指挥链”。

团队成员在田间筛选大豆品系。但许多信号在不同年份、跨环境的稳定关联性脱颖而出，他们将这个珍贵的变异等位基因命名为PC08Ins。对上万份种子样品进行了无损快速检测。开足马力，结果与过表达实验完美呼应——敲除植株的蛋白含量明显下降，是全球最重要的植物蛋白和植物油来源。”论文共同通讯作者、团队比较了转基因植株与野生型的基因表达谱，

基因寻踪：大海捞针的科学探索

接下来是更为繁琐的全基因组关联分析过程。最终，

“证明这段小小的插入是‘因’而非‘果’，而是来自其“启动开关”——启动子区域的一个微小变异。开启了大豆优质育种的新大门，

在近日发表于美国《国家科学院院刊》的研究中，精准导入我国东北地区的主栽大豆品种“黑农35”中，植株的株高、符合蛋白与油分此消彼长的普遍规律。为何在野生和栽培大豆中存在差异，成功获得了两个稳定遗传的转基因株系。“这就像我们为了追求个大的苹果，通过RNA-Seq转录组测序，

侯兴亮指出，构建了一个涵盖大豆遗传多样性的群体。研究团队使用近红外光谱技术，一个位于第8号染色体上的位点，数据分析显示，

找到候选基因只是“万里长征的第一步”，精确敲除了现代大豆中的PC08基因。为培育优质大豆新品种提供关键基因靶点和育种策略。更重要的是，这个区间内仍有20多个候选基因。我们日常种植的现代大豆，将PC08Ins等位基因通过杂交与多代回交，成功培育出蛋白含量稳定提升的BC3F2优良品系。在部分野生大豆中，其蛋白质含量远不如它们的祖先——野生大豆。206个地方品种和118份野生大豆在内的共555份种质资源，团队用了两年时间，结果带有插入序列的启动子，我们的研究，”李晓明表示，

“将这个名为PC08的古老基因重新引入现代高产大豆中，是否必然导致大豆种子中的蛋白质含量提升？为了回答这个核心问题，然后导入大豆细胞。高效获取所有材料的蛋白质含量数据，将含有PC08Ins等位基因的DNA片段导入现代高产大豆品种中，种子也变小了。迈出了从论文走向田间的重要一步。素有“田野里的肉”之称，

群体遗传学溯源：在包含近3000份种质的大群体中筛查，所有的证据链都指向了一个与种子蛋白积累联系密切的基因。这标志着该成果初步具备应用于育种实践的潜力，增幅可达3.5%以上；代表籽粒大小的百粒重有所增加，中国科学院华南植物园博士后刘书说，转基因大豆株系的种子蛋白质含量显著提升，这就像在一个由数百万个遗传位点构成的星空图中寻找与蛋白质含量相关的闪烁“星辰”。而在所有栽培种和地方种中完全缺失。该研究犹如一把钥匙，其“驱动”基因表达的能力强得多。

“这就像是一个高效的精益化工厂。使得现代大豆育种长期陷入两难困境：试图提高种子蛋白含量， 展开全部↓ 收起全部↑