安徽农业大学副院长团队在国际著名期刊(IF=15.6)上发表研究论文

近日，安徽农业大学农学院王晓波教授团队在国际综合性期刊《Advanced Science》上发表了题为《GmSop20 Functions as a Key Coordinator of the Oil-To-Protein Ratio in Soybean Seeds》的研究论文。本研究通过全基因组关联分析（GWAS）和全转录组关联分析（TWAS），鉴定到大豆油脂蛋白含量双向调控基因GmSop20，并系统解析GmSop20对大豆种子油脂和蛋白比例（oil to protein ratio; 油蛋比）的调控机制，为大豆品质遗传改良提供重要依据。

大豆种子可分为油用和蛋白用两大类，种子中油脂含量的提升往往伴随着蛋白含量的降低，如何精确调控油脂和蛋白之间的比例以满足不同的加工需求，是推动大豆产业高质量发展的关键。在长达约5000年的驯化过程中，栽培大豆种子的含油量显著上升，而蛋白含量却相对下降。这种 “此消彼长” 的现象让科学家们困惑：是否存在一个 “总指挥官”，能精准调控这对矛盾的营养物质含量？

研究团队对1228份大豆种质资源进行了连续3年的表型分析，联合GWAS与TWAS，确定了GmSop20是一个尚未鉴定的协同调控大豆种子油脂和蛋白含量的关键基因。作者进一步分析了1288个大豆种质中GmSop20的基因型数据，发现GmSop20的等位基因GmSop20^C在人工选择中被高度青睐，这使得大豆种子的油蛋比从野生大豆的0.35提升至栽培大豆的0.47。

为了进一步验证GmSop20对于种子油蛋比的调控功能，研究人员构建了GmSop20的突变体和过表达材料，在高蛋白（低油蛋比）品种背景下，敲除GmSop20可使油蛋比从0.24降低至0.19，而在高油（高油蛋比）品种背景下过表达GmSop20使油蛋比从0.57提升至0.64，表明GmSop20对大豆种子油分蛋白含量具有强大的双向调控能力。而在这些遗传材料的种子中，油脂和蛋白的总量基本稳定在60%左右，表明GmSop20对于种子油蛋比率的精确调控不影响油蛋总量。

研究发现，GmSop20突变体种子中GmSWEET10a/10b的转录水平较野生型显著下降，突变体种皮中的葡萄糖和果糖含量显著升高，而胚中的葡萄糖和果糖含量显著下降。通过联合DAP-seq、RNA-seq、荧光素酶等分子生物学技术，研究进一步证实GmSop20可以通过直接结合GmSWEET10a/10b启动子，激活其表达，促进糖分从种皮向胚的运输。

此外，研究分析了129份野生大豆和1228份栽培大豆中GmSop20等位基因频率，发现高油低蛋白等位基因GmSop20^C在野生豆、地方品种和选育品种中分别占比10.85%、60.47%、91.23%，表明其在驯化过程中受强烈选择。地理分布显示，中国境内GmSop20^C频率自南向北递增，且该等位基因在中国北部和美国地区的种质资源中高度富集，说明GmSop20^C是两国高油育种历程中的关键受选择位点。有趣的是，GmSop20及其下游靶基因GmSWEET10a在大豆驯化过程中分别经历了独立的人工选择，在同一个调控模块内的共同选择产生了累加效应，提高大豆种子的油蛋比，其协同作用使种子油蛋比提升效果比单个基因更强，这种双驯化选择模式为加深对大豆种子营养成分进化规律的认识提供了新的见解。

综上所述，本研究将种子油脂与蛋白的比例（油蛋比）作为综合指标，并通过正向遗传学方法鉴定到油脂蛋白含量关键调控新基因GmSop20。利用GmSop20“调控旋钮”能够实现油蛋比从0.19到0.64的灵活调节，这突显了GmSop20在提升大豆品质和定制种子营养组成方面的应用潜力，研究建立的能够精确调节大豆种子油蛋比的分子育种技术，为未来大豆品质性状遗传改良提供了新方向。

安徽农业大学农学院博士后郑浩伟，中国农业科学院作物研究所在读博士生冯新康和安徽农业大学农学院特任教授王龙龙为该论文的共同第一作者。安徽农业大学王晓波教授与中国农业科学院作物研究所邱丽娟研究员、李英慧研究员为该论文通讯作者。安徽农业大学农学院大豆遗传育种团队李佳佳、苗龙、高慧慧老师，河北省农科院闫龙研究员，呼伦贝尔市农牧科学研究所孙宾成研究员，吉林省农科院邱红梅副研究员，美国明尼苏达大学Robert M. Stupar教授共同参与了该项研究。同时感谢湘湖实验室李德林博士和中国农业科学院作物研究所郑晓明研究员在研究过程中给予的帮助。该研究得到了国家自然科学基金、安徽省高等学校科研项目、农业科技创新计划（ASTIP）等项目的资助。

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202505181