東北地理所在大豆種子油脂與蛋白平衡調控機制研究方面取得重要進展
大豆[Glycine max (L) Merr.]是一種全球重要的糧油兼用作物，為人類提供了60%的植物蛋白和30%的脂肪來源。種子中的油分與蛋白質含量是決定其經濟價值的關鍵性狀，然而二者之間存在顯著的負相關關系。打破這種制約、實現油分與蛋白質含量的協同提升，一直是大豆育種中的重大挑戰。已有研究顯示，大豆種子中糖含量與油分呈正相關，而與蛋白質含量呈負相關，表明糖可能作為關鍵信號分子參與調控油分與蛋白質的平衡，但其具體分子機制尚不明確。
中國科學院東北地理與農業生態研究所大豆分子設計育種團隊前期研究發現，糖轉運蛋白 GmSWEET10a/b 通過介導糖從種皮向胚的運輸，正向調控種子油分積累，并負向調控蛋白質含量。在本研究中，基于對 GmSWEET10a/b 雙突變體（gmsweet10a,b）的轉錄組與代謝組數據分析，我們進一步系統解析了糖轉運過程調控大豆油分-蛋白質平衡的分子機制。空間代謝組分析結果顯示，在 gmsweet10a,b 雙突變體中，胚的糖含量顯著降低，表明胚處于糖饑餓狀態。轉錄代謝聯合分析進一步表明，突變體胚中用于油分合成的碳前體供應不足，同時蔗糖代謝、脂肪酸生物合成及三酰甘油組裝相關基因的表達均顯著下調。相反，貯藏蛋白11S、2S球蛋白和 7S β-伴大豆球蛋白編碼基因表達明顯上調。這些變化共同導致突變體種子中油分含量下降而蛋白質含量上升。本研究還鑒定出兩個關鍵樞紐基因：GmSnRK1 和 GmACO1。其中，GmSnRK1 作為能量感受器，可能整合蔗糖信號與碳代謝流；GmACO1 則通過參與乙烯生物合成途徑，影響種子內部的糖水平及油分-蛋白質比例。這些發現為解析大豆種子中油分與蛋白質積累的復雜調控網絡提供了新的分子線索。
研究成果近期在線發表于國際期刊《The Plant Journal》（中國科學院一區TOP期刊，IF=6.2）上，中國科學院東北地理與農業生態研究所博士研究生孫嘉逸與李偉強研究員為論文的共同第一作者，王守冬研究員、馮獻忠研究員與德克薩斯理工大學Lam-Son Phan Tran教授為共同通訊作者，該研究得到國家自然科學基金（32171926,32441053）、吉林省自然科學基金(20240101026JJ)、中國科學院青年創新促進會（2023239）和青年科學家小組（(2022QNXZ05）等項目的資助。
大豆種子中糖水平調控油分 - 蛋白平衡的模型
論文信息：Sun,J.,Li,W.,Wei,X.,Shou,H.,Tran,L.-S.P.,Feng,X. and Wang,S. (2025). Mechanistic roles of GmSWEET10a/b and GmSUT1 in the oil–protein balance in soybean mature seeds at transcriptional and metabolic levels. Plant J,123: e70435.
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70435
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