東北地理所發(fā)現(xiàn)PG 031基因具有改良大豆種皮吸水性的應(yīng)用潛力

大豆群體的種皮吸水性差異很大，幾乎所有野生大豆的種皮都是硬的、不吸水的，而栽培大豆群體的種皮相對容易吸水。硬的吸水性差的種皮可以保護(hù)種子在自然條件下免受病菌、旱澇、腌漬的侵害，以順利度過休眠期而適時(shí)萌發(fā)，同時(shí)收獲的種子容易儲存。相反，栽培大豆種皮相對容易吸水，在播種后可以保障大豆的適時(shí)整齊發(fā)芽，但收獲的種子不易保存。栽培大豆群體的種皮硬度/吸水性仍有較大變異，很難通過表型辨別，鑒定關(guān)鍵控制基因?qū)Ψ肿釉O(shè)計(jì)育種變得尤為重要。已有研究鑒定出大豆種皮硬度由qHS1和qHS2兩個(gè)主要位點(diǎn)來控制。其中，對qHS1位點(diǎn)的解析增加了對大豆種皮性狀分子基礎(chǔ)的理解，qHS2基因功能則依然未知。

近期，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所大豆遺傳與分子改良學(xué)科組發(fā)現(xiàn)控制大豆種皮吸水性的一個(gè)編碼多聚半乳糖醛酸酶基因PG031。該基因位于qHS2置信區(qū)間內(nèi)。PG031在花中高表達(dá)，但在吸水后的種子種皮中特異表達(dá)，種子萌發(fā)后降低或無表達(dá)，表明PG031在種皮吸水性的重要作用。該研究在大豆群體中鑒定到3種PG031變異，即PG031289H、PG031289Y和PG031Hap3。其中野生大豆中僅含有PG031289H型，控制種皮不吸水性，將PG031289H導(dǎo)入高滲透性大豆PG031289Y型大豆后，顯著降低了轉(zhuǎn)基因種子的種皮吸水性，且百粒重有所降低，顯微鏡分析證實(shí)PG031289H的導(dǎo)入減少了種皮的柵欄層和薄壁細(xì)胞層的細(xì)胞內(nèi)空間，增加了水分進(jìn)入種皮的屏障。在另外兩個(gè)等位變異中，PG031289Y型來源于PG031289H的1個(gè)SNP突變，與種子種皮透水性增加緊密相關(guān)，因?yàn)镻G031289Y等位變異與大粒重相關(guān)，這個(gè)等位變異可能正在經(jīng)歷人工選擇。

該研究為深入了解大豆種皮吸水性的遺傳機(jī)制提供了理論依據(jù)，也為定向改良栽培品種以滿足不同的貯藏需求提供一定的理論基礎(chǔ)。

相關(guān)成果以A polygalacturonase gene PG031 regulates seed coat permeability with a pleiotropic effect on seed weight in soybean為題，發(fā)表在Theoretical and Applied Genetics上。

(來源：東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)