在驯化过程中丢失的一个PC08自然等位基因有助于大豆种子储存蛋白的积累

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：A natural allele of PC08 lost in domestication contributes to soybean seed storage protein accumulation

大豆蛋白质积累关键基因PC08的驯化缺失及分子育种应用。通过基因组关联分析发现PC08基因编码的ABA合成限速酶在种子发育中高表达，其启动子区TA插入变异（PC08Ins）可显著增强转录活性，导致种子ABA含量升高并激活下游蛋白质合成通路。种群遗传学显示该变异仅存于野生大豆，经导入 elite 品种“黑农35”后使种子蛋白含量提升。该研究揭示驯化过程中营养品质基因的丢失，为大豆优质分子育种提供新靶点。

　　

重要性

随着对大豆蛋白需求的迅速增长，人们希望获得更高的大豆种子蛋白含量。野生大豆的种子蛋白含量明显高于优良栽培品种，这表明在驯化过程中种子中的储存蛋白有所减少。在这里，我们从野生大豆中发现了一个罕见的高蛋白等位基因Protein Contributor 08（PC08），该等位基因有助于提高种子中的储存蛋白含量。该基因启动子区域的等位基因变异增强了PC08的表达，从而提高了种子中的脱落酸（ABA）含量，并促进了种子蛋白的积累。这种来自野生大豆的高蛋白PC08等位基因在驯化过程中没有被保留下来，因此它是未来提高大豆品质的宝贵遗传资源。

摘要

大豆是牲畜和人类营养中重要的植物蛋白来源，因此种子蛋白含量是一个关键的农艺性状。然而，由于驯化和历史选择过程中更注重产量而非营养价值，现代大豆栽培品种的种子蛋白含量相比野生大豆有所下降。因此，在大豆育种中亟需对种子蛋白进行遗传改良，但与此性状相关的许多基因位点尚未被研究清楚。本文通过全基因组关联研究鉴定出Protein Contributor 08（PC08）作为种子储存蛋白积累的关键调控因子。PC08编码一种9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶5的同源物，这种酶是脱落酸（ABA）生物合成中的限速酶，在种子发育过程中高度表达。在PC08启动子区域存在一个富含T和A（TA）的插入序列（称为PC08Ins），该序列增强了转录活性，从而提高了PC08的表达。转基因实验证实了其在种子蛋白积累中的正向调控作用，其机制与发育中种子中ABA生物合成的增加有关。ABA水平的上升激活了下游通路，促进了储存蛋白的合成。群体遗传分析表明，赋予高蛋白含量的PC08Ins等位基因仅存在于野生大豆群体中，在驯化后完全消失。将PC08Ins引入优良品种“黑农35”后，种子蛋白含量显著提高。这些发现揭示了一个在驯化过程中被侵蚀的、但具有巨大潜在价值的等位基因，为提高大豆的营养品质提供了宝贵的遗传靶点。