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为探究 β- 葡萄糖苷酶（BGLUs）在大豆皂苷（Soyasaponin）稳态中的作用及大豆对大豆食心虫（Leguminivora glycinivorella）的抗性机制，研究人员开展相关研究。结果发现 GmSSBG1 可水解特定皂苷，其缺失影响大豆抗虫性。该研究为大豆抗虫育种提供理论基础。
在植物的奇妙世界里，许多天然产物都以独特的方式发挥着作用。三萜类化合物作为植物天然产物中的大家族，不少成员以糖基化形式存在，就像人参中的人参皂苷、甘草中的甘草酸，还有大豆中的大豆皂苷。糖基化对这些化合物意义重大，它不仅增加了化学多样性，还在调节其功能和生态相关性方面扮演关键角色。大豆皂苷的生物合成途径中，糖基转移酶已被深入研究，可 β- 葡萄糖苷酶（BGLUs）在大豆皂苷稳态中的作用却还是个谜。
大豆食心虫是严重威胁大豆生产的害虫，它的幼虫专挑大豆豆荚里发育中的种子啃食，从大豆开花到成熟，这一 “贪吃” 行为会严重破坏种子发育，导致大豆产量和质量大幅下降，在我国东北等大豆主产区危害极大。虽然大家猜测大豆的一些特殊代谢物，比如大豆皂苷和异黄酮，可能有助于抵抗大豆食心虫侵害，但一直缺乏实验证据支持。
为了揭开这些谜团，中国科学院遗传与发育生物学研究所的研究人员踏上了探索之旅。他们通过一系列实验研究，最终发现了大豆皂苷 β- 葡萄糖苷酶 1（GmSSBG1，由 Glyma.07G258700 编码），这一发现意义非凡，为大豆抗虫研究开辟了新方向，相关成果发表在《aBIOTECH》上。
研究人员开展研究时，运用了多种关键技术方法。首先通过基因共表达分析，筛选出可能参与大豆皂苷稳态调节的 BGLU 候选基因；接着利用 CRISPR-Cas9 技术构建 GmSSBG1 基因敲除和过表达植株；借助液相色谱 - 四极杆飞行时间串联质谱（LC-qTOF-MS/MS）对大豆皂苷进行分析；还通过酶活性测定实验，探究 GmSSBG1 的生化特性。
下面来看看具体的研究结果：
- GmSSBG 候选基因的确定：研究人员以拟南芥的 47 个 BGLUs 为模板，在大豆基因组中找到了 66 个 BGLU 编码基因。通过基因共表达分析，发现有 3 个 BGLU 基因与已知的大豆皂苷生物合成基因相关，其中 GmBGLU13（后更名为 GmSSBG1）与 9 个大豆皂苷基因呈正相关。RT-qPCR 分析显示，GmSSBG1 在豆荚和种子中的表达水平较高。通过蛋白定位预测和烟草叶片共聚焦显微镜实验，证实该蛋白定位于内质网。在大豆毛状根实验中，过表达 GmSSBG1 会使 A0 - 和 B0 - 系列大豆皂苷减少，而基因沉默则会使其增加，这表明 GmSSBG1 能水解 A0 - 和 B0 - 系列大豆皂苷。
- 重组 GmSSBG1 的生化特性：研究人员将 GmSSBG1 的全长编码序列和去掉信号肽的版本（SSBG1Δ24）在大肠杆菌中表达并纯化，进行酶活性测定。结果发现，SSBG1Δ24 能特异性水解 A0 - 系列大豆皂苷，生成 A - 系列大豆皂苷，但全长的 SSBG1 没有水解活性，说明 N 端信号肽对酶活性很关键。底物特异性实验表明，GmSSBG1 对其他类型的大豆皂苷和异黄酮没有水解活性。对 GmSSBG1 的 pH 和温度偏好性研究发现，它在 pH 5.5、42°C 时活性最高。此外，还测定了其对不同底物的米氏常数（Km）和催化常数（Kcat），结果显示 GmSSBG1 是一种催化速度相对较慢的 BGLU。
- GmSSBG1 对大豆抗虫性的贡献：研究人员利用 CRISPR-Cas9 技术在 Williams 82 大豆品种背景下，创建了 3 个 GmSSBG1 基因敲除等位基因，同时构建了 2 个过表达等位基因。化学分析发现，敲除突变体中 A0 - 和 B0 - 系列大豆皂苷含量显著升高，过表达植株中则降低。田间实验表明，GmSSBG1 基因敲除植株受大豆食心虫侵害的比例明显高于对照植株，而过表达植株受侵害比例与对照无显著差异，这充分证明 GmSSBG1 在大豆抵御大豆食心虫过程中发挥着重要作用。
综合研究结果，研究人员成功鉴定出首个大豆皂苷 β- 葡萄糖苷水解酶 GmSSBG1，并明确了其生化功能。研究表明，GmSSBG1 在大豆抵抗大豆食心虫方面意义重大，其直接产物 A - 和 B - 系列大豆皂苷可能比 A0 - 和 B0 - 系列大豆皂苷在抗虫过程中发挥更重要的作用。
目前，大豆食心虫的防治主要依赖化学杀虫剂，但长期大量使用不仅会使害虫产生抗药性，降低防治效果，还会带来环境和生态风险。深入研究大豆皂苷及其在植物防御机制中的作用，不仅能揭示大豆抗大豆食心虫的分子基础，还能为培育抗虫作物提供新思路和技术创新。后续可以从天然大豆种群中筛选 GmSSBG1 的优良单倍型，或采用定向进化策略提高其催化效率，增强大豆对害虫的化学防御能力，为大豆安全生产保驾护航。
