大豆含有豐富的油脂和蛋白質，是重要的糧食作物和經濟作物。種子大小和粒重是植物適應環境的一個重要特征，也是產量構成的要素之一。然而，人們當前對大豆種子粒重調控機制的認識仍十分有限，因此挖掘粒重調節基因并解析其分子機制，對培育優質的大豆品種具有重要意義。
4月17日，《植物學報》(Journal of Integrative Plant Biology)在線發表了中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員張勁松團隊題為GmJAZ3 interacts with GmRR18a and GmMYC2a to regulate seed traits in soybean的研究論文。該研究鑒定到一個新的大豆百粒重調控基因GmJAZ3.發現其蛋白參與的GmJAZ3-GmRR18a-GmMYC2a-GmCKXs模塊介導茉莉酸和細胞分裂素通路，促進大豆籽粒和其他器官增大，并調控籽粒營養物質組成。
研究通過構建大豆種子的基因共表達網絡，鑒定出核心基因GmJAZ3(圖A)，它編碼的蛋白定位于細胞核中，具有轉錄抑制活性。大豆中過表達該基因促進了種子大小和粒重，降低了脂肪酸含量，提高了蛋白質含量(圖B-D)。轉錄組分析發現GmJAZ3顯著抑制了多個細胞分裂素氧化酶基因GmCKX表達。進一步研究發現，一方面，GmJAZ3直接與茉莉酸信號通路轉錄因子GmMYC2a相互作用，抑制了GmMYC2a對GmCKX3-4的轉錄激活作用;另一方面，GmJAZ3與細胞分裂素信號通路轉錄因子GmRR18a相互作用，抑制了GmRR18a對GmMYC2a和GmCKX3-4的轉錄激活作用，協同調控大豆種子大小(圖E)。同時，研究還發現JAZ3在野生大豆到栽培大豆馴化過程中經歷了人工選擇，它在水稻和擬南芥中的同源基因也具有類似功能。該研究揭示了大豆粒重和品質調控的新機制，為大豆高產優質育種提供了基因資源和理論指導。
該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中科院戰略性先導科技專項等的資助。
GmJAZ3的鑒定和轉基因植株表型及分子機制。(A)共表達網絡鑒定的核心基因。(B)JACK，Null和GmJAZ3轉基因大豆V4時期植株形態。標尺為10cm。(C)JACK，Null和GmJAZ3轉基因大豆的種子。標尺為1cm。(D)JACK，Null和GmJAZ3轉基因大豆種子的脂肪酸和蛋白質含量(n=3)。(E)GmJAZ3調節種子大小和重量的工作模型。
2023年4月25日
來源：中國科學院遺傳和發育生物學研究所
