大豆田間種植 中國(guó)農(nóng)科院供圖
近日,中國(guó)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),雙功能鋅指蛋白類(lèi)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(xiàn)發(fā)表于《新植物學(xué)家》(New Phytologist)。
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(duì)骨質(zhì)疏松和心血管等疾病有預(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(duì)改良大豆品種異黃酮營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),提升我國(guó)大豆產(chǎn)業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。
該研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)鋅指蛋白類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子基因GmZFP7。過(guò)表達(dá)該基因可使發(fā)狀根中的異黃酮比對(duì)照提高1.15~3.79倍,而沉默該基因可使異黃酮含量比對(duì)照降低73%。分析發(fā)現(xiàn),該基因可以促進(jìn)異黃酮合成過(guò)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(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)化植株,在敲除該基因的植株葉片和種子中,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;而過(guò)表達(dá)的植株結(jié)果反之。
代謝組分析表明,在基因敲除種子中可檢測(cè)到57種酚類(lèi)代謝產(chǎn)物,其中24種與對(duì)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,而黃烷醇合成路徑中的槲皮素和煙花甙含量卻顯著降低。
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。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目資助。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1111/nph.18610