张劲松研究组揭示大豆籽粒性状调控的新机制

　　大豆含有丰富的油脂和蛋白质，是重要的粮食作物和经济作物。种子大小和粒重是植物适应环境的一个重要特征，也是产量构成的要素之一。然而，人们当前对大豆种子粒重调控机制的认识仍十分有限，因此挖掘粒重调节基因并解析其分子机制，对培育优质的大豆品种具有重要意义。 

　　2023年4月17日，JIPB在线发表了张劲松研究组题为“GmJAZ3 interacts with GmRR18a and GmMYC2a to regulate seed traits in soybean”的研究论文（https://doi.org/10.1111/ji？p？b.13？494）。该研究鉴定到一个新的大豆百粒重调控基因GmJAZ3，发现其蛋白参与的GmJAZ3-GmRR18a-GmMYC2a-GmCKXs模块介导茉莉酸和细胞分裂素通路，促进大豆籽粒和其它器官增大，并调控籽粒营养物质组成。 

　　研究通过构建大豆种子的基因共表达网络，鉴定出核心基因GmJAZ3 （图A），它编码的蛋白定位于细胞核中，具有转录抑制活性。大豆中过表达该基因促进了种子大小和粒重，降低了脂肪酸含量，提高了蛋白质含量（图B-D）。转录组分析发现GmJAZ3显著抑制了多个细胞分裂素氧化酶基因GmCKX表达。进一步研究发现，一方面，GmJAZ3直接与茉莉酸信号通路转录因子GmMYC2a相互作用，抑制了GmMYC2a对GmCKX3-4的转录激活作用；另一方面，GmJAZ3与细胞分裂素信号通路转录因子GmRR18a相互作用，抑制了GmRR18a对GmMYC2a和GmCKX3-4的转录激活作用，协同调控大豆种子大小（图E）。同时，研究还发现JAZ3在野生大豆到栽培大豆驯化过程中经历了人工选择，它在水稻和拟南芥中的同源基因也具有类似功能。该研究揭示了大豆粒重和品质调控的新机制，为大豆高产优质育种提供了基因资源和理论指导。 

　　张劲松研究组胡杨博士和博士生刘悦为论文第一作者，张劲松研究员，张万科副研究员和韦伟助理研究员为通讯作者。中科院遗传发育所陈受宜研究员，黑龙江省农业科学院来永才研究员也参与了该项工作。该研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金和中国科学院先导专项等的资助。 


图： GmJAZ3的鉴定和转基因植株表型及分子机制 

　　（A）共表达网络鉴定的核心基因。（B）JACK，Null和GmJAZ3转基因大豆V4时期植株形态。标尺为10cm。（C）JACK，Null和GmJAZ3转基因大豆的种子。标尺为1cm。（D）JACK，Null和GmJAZ3转基因大豆种子的脂肪酸和蛋白质含量（n = 3）。（E）GmJAZ3调节种子大小和重量的工作模型。