南京农业大学教授入选‌国家青年人才计划、在植物学顶刊(IF=25.8)发表研究论文

近日，南京农业大学宋庆鑫教授团队在植物学顶级期刊《Molecular Plant》上在线发表了一项突破性成果。该研究通过群体表观基因组学视角，深入剖析了DNA甲基化在大豆从野生状态到人工驯化、再到地理扩散及区域改良这一漫长演化历程中的动态演变规律。研究不仅揭示了DNA甲基化如何驱动大豆在由南向北的自然扩散与人工引种过程中实现开花时间提前的“趋同进化”，还阐明了其在解释农艺性状中长期存在的“丢失遗传力”问题上所扮演的关键角色。

作为全球植物蛋白和植物油的核心来源，大豆在人类膳食结构及畜牧业发展中占据着举足轻重的战略地位，同时也是探究作物基因组演化与选择压力的理想模型。学界普遍认为，大豆约在6000至9000年前于中国中部由其野生祖先驯化而来，随后逐步向北扩散至东亚各地，并最终远播欧美。尽管既往研究已在基因组层面揭示了大量关于大豆驯化与扩散的选择信号及关键基因，但对于与环境适应及表型多样性紧密相关的表观遗传调控机制，尤其是天然“表观等位基因”在演化中的具体作用，长期以来缺乏系统性的深入认知。

为此，该研究团队整合了覆盖全球的野生大豆、农家种及现代改良品种的多组学数据，绘制出一幅详尽的大豆演化表观遗传全景图。研究发现，在大豆的人工驯化初期，表观遗传多态性与遗传多态性同步下降，呈现出典型的种群“瓶颈效应”。然而，当大豆随后向中国北部及东亚地区扩散时，两者的演变轨迹出现了显著分化：遗传多态性受限于瓶颈效应持续走低，而DNA甲基化多态性却逆势上扬。进一步分析表明，这种逆势增长主要源于新生的表观突变。相较于DNA序列突变，这类表观突变在农家种中占比更高且能有效调控基因表达。这意味着，在遗传多样性受限的背景下，自发的表观变异为大豆提供了一层额外的“缓冲垫”，有效补偿了遗传侵蚀带来的适应性损失，从而增强了作物在地理扩张和环境变迁中的生存能力。

值得注意的是，野生大豆与栽培大豆在向北扩张的过程中，均面临着适应高纬度长日照环境的挑战，其最显著的适应性特征便是开花期的提前。群体分析显示，表观遗传变异在这一趋同进化过程中发挥了决定性作用。研究人员鉴定出一个位于关键开花基因GmFT5a下游1.6kb处的特定表观变异位点，该位点在两类大豆向北扩散时均表现出DNA甲基化水平降低、GmFT5a表达量升高的趋势，且未伴随明显的遗传序列变异。通过靶向DNA甲基化编辑技术的验证，研究团队证实改变该位点的甲基化状态可直接调控GmFT5a的表达，进而影响开花期及单株产量。这一发现确凿地证明了该表观遗传位点是驱动野生与栽培大豆趋同进化的重要分子基础。

此外，针对复杂性状研究中常见的“丢失遗传力”现象，即已鉴定的遗传变异无法完全解释群体中观测到的性状总遗传力，该研究提供了新的解题思路。以往关于表观遗传在此过程中作用的争论尚无定论，而此项研究表明，将表观遗传变异纳入分析模型后，能显著提升对基因表达变异的解释率，并成功鉴定出一批与重要农艺性状高度相关的表观遗传位点。通过整合遗传与表观遗传双重信息，研究者能够更精准地预测大豆农艺性状，这不仅明确了表观遗传在性状决定中的核心地位，也为未来的智能设计育种开辟了全新的数据维度。

该项成果由南京农业大学钟山青年研究员蒋欣羽、已毕业博士生袁晓波和张梦珠共同完成第一作者工作，宋庆鑫教授担任通讯作者。研究过程中得到了南京农业大学喻德跃教授、崖州湾国家实验室田志喜研究员在实验材料与指导上的大力支持，同时也感谢赵团结教授及江苏省农业科学院陈华涛研究员提供的宝贵大豆种质资源。