大豆种子油脂与蛋白平衡调控机制研究取得进展

文章导读

你是否好奇，为何大豆的油和蛋白含量总是此消彼长？中国科学院东北地理所团队最新发现，糖不仅是能量来源，更是调控油分与蛋白质平衡的“指挥官”。通过解析GmSWEET10a/b基因的调控网络，研究首次揭示糖转运如何通过GmSnRK1和GmACO1两个关键基因，影响油脂合成与蛋白积累的“此消彼长”。这项发表于《植物杂志》的成果，不仅破解了大豆品质改良的分子密码，更为培育高油高蛋白大豆新品种提供了全新路径。

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大豆是重要的粮油兼用作物。大豆种子中的油分与蛋白质含量是决定其经济价值的关键性状，但二者之间存在负相关关系。打破这种制约、实现油分与蛋白质含量的协同提升，是大豆育种中的重要挑战。有研究发现，大豆种子中糖含量与油分正相关，而与蛋白质含量负相关，表明糖可能作为关键信号分子参与调控油分与蛋白质的平衡，但具体分子机制尚不明确。

前期，中国科学院东北地理与农业生态研究所科研团队发现，糖转运蛋白GmSWEET10a/b通过介导糖从种皮向胚的运输，正向调控种子油分积累，并负向调控蛋白质含量。本研究中，基于对GmSWEET10a/b双突变体（gmsweet10a,b）的转录组与代谢组数据分析，科研人员解析了糖转运过程调控大豆油分–蛋白质平衡的分子机制。空间代谢组分析显示，在gmsweet10a,b双突变体中，胚的糖含量降低，表明胚处于糖饥饿状态。转录代谢联合分析表明，突变体胚中用于油分合成的碳前体供应不足，同时蔗糖代谢、脂肪酸生物合成及三酰甘油组装相关基因的表达均下调。相反地，贮藏蛋白11S、2S球蛋白和7S β-伴大豆球蛋白编码基因表达上调。这些变化共同导致突变体种子中油分含量下降而蛋白质含量上升。进一步，研究鉴定出GmSnRK1和GmACO1两个关键枢纽基因。GmSnRK1作为能量感受器，可能整合蔗糖信号与碳代谢流；GmACO1通过参与乙烯生物合成途径，影响种子内部的糖水平和油分–蛋白质比例。