GmMYB93通过抑制甜菜碱醛脱氢酶基因表达提升大豆香气形成的分子机制

本研究针对大豆(Glycine max)香气品质提升的育种需求，揭示了转录因子GmMYB93通过特异性结合GmBADH2启动子的CAGTTA元件抑制其表达，阻断γ-氨基丁醛(GABald)向γ-氨基丁酸(GABA)转化，促进Δ1-吡咯啉积累从而增加2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)合成的分子机制。该成果为分子设计培育高香气大豆新品种提供了理论依据和关键靶点。

　　

大豆作为重要的粮油兼用作物，其种子特有的"爆米花香气"主要来源于挥发性物质2-乙酰基-1-吡咯啉(2-AP)。尽管已知甜菜碱醛脱氢酶(BADH)与2-AP合成密切相关，但大豆中BADH基因的转录调控网络尚未阐明。目前通过基因编辑敲除BADH虽可提高2-AP含量，但会导致植物丧失γ-氨基丁酸(GABA)和甘氨酸甜菜碱(GB)等关键代谢物，影响植株抗逆性。因此，解析BADH的精细调控机制对培育兼具高香气和正常生理功能的大豆品种具有重要意义。

河南农业大学生命科学学院/河南省作物合成生物学工程研究中心的研究人员通过系统分析发现，大豆GmBADH2在叶片中的表达量显著高于GmBADH1。利用CRISPR/Cas9技术创制gmbadh2突变体证实，GmBADH2功能缺失可使种子2-AP含量提升至1.59 mg/kg。通过酵母单杂交筛选和双荧光素酶报告系统，鉴定出R2R3-MYB家族转录因子GmMYB93能特异性结合GmBADH2启动子的CAGTTA元件抑制其转录。EMS诱变获得的gmmyb93突变体NJAU0404中GmBADH2表达量升高而2-AP含量降低，反向验证了该调控关系。该研究首次揭示了大豆香气合成的转录抑制调控机制，为分子设计育种提供了新策略，相关成果发表于《aBIOTECH》。

研究采用CRISPR/Cas9基因编辑构建GmBADH2突变体，通过UPLC-MS/MS检测2-AP含量；利用酵母单杂交和双荧光素酶报告系统验证蛋白-DNA互作；结合亚细胞定位和qPCR分析基因表达模式；采用EMS诱变获得gmmyb93突变体进行表型验证。

Bioinformatic and expression analyses of GmBADH

系统发育分析显示GmBADH1/2与可可、拟南芥等双子叶植物BADH聚为一支。qPCR检测发现GmBADH2在叶片中的表达量是GmBADH1的10倍以上，亚细胞定位证实GmBADH2定位于质膜。

Knockout of GmBADH2 increases the 2-AP content in soybean seeds

成功构建gmbadh2-3(8 bp缺失)和gmbadh2-18(44 bp缺失)两种纯合突变体，其GmBADH2转录水平分别降至野生型的22.37%和9.20%。突变体种子2-AP含量显著增加，但叶片甘氨酸甜菜碱(GB)合成受阻。

GmMYB93 directly binds to the CAGTTA elements in the GmBADH2 promoter

酵母单杂交证实GmMYB93特异性结合GmBADH2启动子而非GmBADH1启动子。双荧光素酶实验显示GmMYB93可使GmBADH2启动子活性降低60%。

GmMYB93 is a typical member of the MYB transcription factor family

进化分析表明GmMYB93与拟南芥AtMYBH同源，含有CCHC型锌指和EAR-like抑制域。亚细胞定位显示其定位于细胞核，在营养组织中高表达。

GmMYB93 silencing reduces the 2-AP content in soybean seeds

gmmyb93突变体NJAU0404中GmBADH2表达量升高5倍，种子2-AP含量显著降低，验证了GmMYB93通过抑制GmBADH2表达促进2-AP合成的调控模型。

该研究阐明了大豆香气形成的新机制：GmMYB93通过抑制GmBADH2表达，阻断GABald向GABA转化，促进Δ¹-吡咯啉积累从而增加2-AP合成。相比直接敲除BADH基因的方法，靶向调控其转录因子可在保持GABA/GB正常水平的前提下提高香气品质。这一发现不仅丰富了植物次生代谢调控的理论体系，更为分子设计培育兼具高香气和抗逆性的大豆新品种提供了精准的遗传操作靶点。研究采用的转录因子特异性调控策略，为其他作物品质改良提供了可借鉴的技术路径。