東北地理所在鮮食大豆籽粒糖分積累調(diào)控分子機(jī)制方面取得新進(jìn)展
近日，東北地理所張秋英研究員團(tuán)隊(duì)在園藝學(xué)頂級(jí)期刊《Horticulture Research》上發(fā)表了題為“Sucrose as a Key Nutritional Marker Distinguishing Vegetable and Grain Soybeans,Regulated by GmZF-HD1 via GmSPS17 in Seeds”的研究論文。該研究明確了蔗糖作為區(qū)分兩種類型大豆的關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大豆籽粒蔗糖積累調(diào)控分子模塊，為高糖鮮食大豆選育提供了新的理論依據(jù)。
大豆作為一種全球重要的作物，從采收時(shí)期上可分為鮮食大豆和粒用大豆兩大類。鮮食大豆俗稱“毛豆”，在鮮莢期收獲，而粒用大豆主要用于食品加工、油料提取和動(dòng)物飼料等。盡管兩者在收獲時(shí)間和籽粒大小上有所不同，但其營(yíng)養(yǎng)差異在品種選育時(shí)常被忽視。隨著健康意識(shí)的增強(qiáng)，鮮食大豆因其高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而受到越來(lái)越多的關(guān)注，因此，深入研究鮮食大豆與粒用大豆的營(yíng)養(yǎng)成分差異及其調(diào)控機(jī)制，對(duì)于優(yōu)化大豆品種選育策略、開發(fā)高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的大豆品種具有重要意義。
本研究選取了10個(gè)鮮食大豆和10個(gè)粒用大豆品種（系），對(duì)其營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了全面比較。研究發(fā)現(xiàn)，鮮食大豆在蔗糖、可溶性糖和粗蛋白含量上顯著高于粒用大豆，而在粗脂肪和總脂肪酸含量上則相對(duì)較低。在鮮莢階段，鮮食大豆含有較高比例的不飽和脂肪酸，尤其是油酸。通過主成分分析（PCA）和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，發(fā)現(xiàn)鮮食大豆和粒用大豆在營(yíng)養(yǎng)組成上存在明顯差異，并且蔗糖是區(qū)分鮮食大豆和粒用大豆的最關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)標(biāo)志物（圖1）。
圖1?鮮食大豆與粒用大豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)區(qū)分的標(biāo)志物篩選
此外，結(jié)合動(dòng)態(tài)RNA-seq及加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA），研究人員進(jìn)一步挖掘了與蔗糖積累相關(guān)的基因模塊，并鑒定了GmSPS17作為蔗糖磷酸合成酶（SPS）編碼基因，以及其上游轉(zhuǎn)錄因子GmZF-HD1。進(jìn)一步的分子試驗(yàn)和遺傳轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證實(shí)了GmZF-HD1通過直接激活GmSPS17的轉(zhuǎn)錄來(lái)增加蔗糖積累。在大豆毛狀根過表達(dá)體系中，GmZF-HD1能夠顯著增強(qiáng)GmSPS17的表達(dá)，從而提高蔗糖的積累量。本研究明確了蔗糖作為區(qū)分鮮食大豆和粒用大豆的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)標(biāo)志物，揭示了GmZF-HD1通過GmSPS17調(diào)控蔗糖積累的分子機(jī)制（圖2）。研究結(jié)果為開發(fā)高糖鮮食大豆品種提供了重要的指導(dǎo)。
圖2?GmZF-HD1調(diào)控GmSPS17表達(dá)
東北地理所劉長(zhǎng)鍇項(xiàng)目副研究員為論文第一作者，李彥生副研究員為論文通訊作者，胡巖峰副研究員、張秋英研究員和劉曉冰研究員為本研究提供了重要指導(dǎo)。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1201103-03）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA28070402）和黑龍江省優(yōu)秀青年科學(xué)基金（YQ2024D009）聯(lián)合資助。
論文信息：
Liu Changkai,Zhang Qiuying,Hu Yanfeng,Li Yansheng*,Liu Xiaobing. Sucrose as a Key Nutritional Marker Distinguishing Vegetable and Grain Soybeans,Regulated by GmZF-HD1 via GmSPS17 in Seeds. Horticulture Research,2025. DOI: 10.1093/hr/uhaf242
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https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhaf242/8254146?login=true
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