《Planta》：Transgenic overexpression of GmAPC7-CT improves seed yield and reduces susceptibility to soybean mosaic virus and Meloidogyne incognita in soybean
编辑推荐：
主要结论：稳定的过表达GmAPC7-CT基因的转基因大豆株系已证明提高了种子产量并降低了对大豆花叶病毒（soybean mosaic virus）和南方根结线虫（Meloidogyne incognita）的易感性。
摘要：后期促进复合物亚基7（APC7）是
主要结论：稳定的过表达GmAPC7-CT基因的转基因大豆株系已证明提高了种子产量并降低了对大豆花叶病毒（soybean mosaic virus）和南方根结线虫（Meloidogyne incognita）的易感性。
摘要：后期促进复合物亚基7（APC7）是后期促进复合物/环体（APC/C）的核心结构组分。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，该AtAPC7基因的末端区域比全长基因积累更多的转录本。AtAPC7-CT基因（AtAPC7的末端区域）编码一种与烟草病毒复制抑制剂（IVR）具有显著同源性的蛋白质。其在转基因拟南芥株系中的稳定过表达导致生物量、种子产量、营养-生殖转变的提早性显著改善，并降低了对病毒的易感性。在本研究中，研究人员生成了稳定过表达GmAPC7-CT基因（Glyma.15G096000的末端区域或3′部分，对应于AtAPC7-CT）的转基因大豆株系，并评估了这些株系的种子产量以及对大豆花叶病毒和南方根结线虫的易感性。GmAPC7-CT基因长624个核苷酸，编码一个207个氨基酸的蛋白质，具有两个四肽重复序列（TPR）结构域。GmAPC7-CT与全长GmAPC7具有100%的氨基酸同一性，与AtAPC7-CT具有81.16%的同一性，与烟草IVR具有87.94%的同一性。稳定的转基因株系在植物发育和种子产量方面表现出显著提升，其中排名前三的株系产生多达43%更多的豆荚、44%更多的种子，种子重量增加16%。此外，这些大豆株系对大豆花叶病毒和南方根结线虫的易感性降低高达70%，表现为病毒RNA载量和线虫繁殖因子降低。总之，这些结果支持GmAPC7-CT在大豆与AtAPC7-CT在拟南芥中的保守作用，其作用类似于烟草IVR。因此，研究结果强调了GmAPC7-CT基因通过遗传工程方法（包括常规育种、转基因和基因组编辑）改善大豆关键农艺性状的巨大生物技术潜力。
大豆是全球最重要的农业商品之一，但易受多种病原生物侵害，其中大豆花叶病毒（soybean mosaic virus, SMV）和南方根结线虫（Meloidogyne incognita）是导致产量损失的主要病原。目前生产上兼具抗性和高产的大豆品种十分有限。在模式植物中的研究表明，后期促进复合物/环体（APC/C）亚基7（APC7）的末端区域蛋白（APC7-CT）与烟草病毒复制抑制剂（IVR）同源，过表达该区域可提高拟南芥生物量、种子产量并降低病毒易感性。然而，该基因在大豆中是否具有类似功能尚不清楚。为此，研究人员在大豆中鉴定了GmAPC7-CT基因，并生成稳定过表达该基因的转基因大豆株系，系统评估其对种子产量及SMV和南方根结线虫易感性的影响。该研究论文发表在《Planta》。
研究人员主要采用以下关键技术：从Phytozome v.13数据库获取GmAPC7全长序列，以AtAPC7-CT为参考鉴定GmAPC7-CT；利用AlphaFold v.3预测蛋白三级结构，DeepLoc 2.1预测亚细胞定位。合成GmAPC7-CT编码序列并构建由大豆pUceS8.3启动子驱动的植物表达载体。通过基因枪和农杆菌介导法转化大豆品种BR143465胚轴，利用PCR和ELISA筛选阳性株系，推进至T0-T4代。采用实时定量PCR检测转基因表达。温室条件下对T4代株系进行农艺性状评价。随后，对转基因株系分别进行SMV机械接种和南方根结线虫接种，通过实时定量PCR检测病毒RNA载量，通过根结数、卵块数、卵数和繁殖因子评估线虫抗性，并利用组织切片观察巨细胞形态。
研究结果如下：
一、GmAPC7-CT基因的鉴定与特征。序列分析表明，GmAPC7-CT编码624个核苷酸，产生207个氨基酸的蛋白，含有两个四肽重复序列（TPR）结构域。其氨基酸序列与全长GmAPC7具有100%同一性，与AtAPC7-CT具有81.16%同一性，与烟草IVR具有87.94%同一性。三级结构预测显示其与AtAPC7-CT和IVR蛋白结构相似，提示功能保守。
二、转基因大豆株系的成功生成。通过基因枪和农杆菌介导法获得10个独立转基因事件。PCR和间接ELISA证实外源基因在T0至T4代稳定插入和遗传。实时定量PCR显示，其中5个株系的GmAPC7-CT表达水平高于非转基因对照，表现最好的Ev1-Ev3株系中PAT/bar蛋白含量为7-30微克/克鲜叶。
三、转基因大豆植株农艺性状改善。在温室条件下，与对照相比，Ev1-Ev3株系的每株豆荚数增加26.6%-43.6%，每株种子数增加20.2%-44%，每株种子重量增加8.6%-16%，而营养生物量和根生物量无显著差异，说明GmAPC7-CT过表达可特异性地促进生殖产量。
四、对大豆花叶病毒易感性降低。在接种SMV后20天（DAI），实时定量PCR检测显示，Ev1-Ev3株系的病毒RNA载量比非转基因对照降低30%-70%，表明转基因大豆对该病毒的易感性显著下降。
五、对南方根结线虫易感性降低。在接种南方根结线虫60天后，转基因株系每克根的根结数减少50.7%-59.3%，卵块数减少58.2%-63%，卵数减少34.9%-62.6%，繁殖因子降低39.5%-70%。组织学切片显示，转基因株系中巨细胞体积较小、细胞质密度较低且核密度较低，表明线虫取食位点发育受损，从而降低了线虫的繁殖能力。
讨论部分指出，GmAPC7-CT在序列和结构上与AtAPC7-CT、NtAPC7-CT及烟草IVR高度相似，且转基因大豆在产量和抗病性方面的表现与拟南芥和烟草中的研究结果一致，表明APC7-CT在植物中具有保守的功能。然而，APC7-CT参与植物发育和抗病性的具体分子网络仍不清楚，未来需要研究其在植物-病原互作中的亚细胞定位动态以及病原蛋白对其的干扰作用。研究结论可概括为：本研究提供了关于GmAPC7-CT基因的新资料，成功获得了稳定过表达该基因的转基因大豆株系，揭示了其在提高大豆产量和降低对SMV与南方根结线虫易感性方面的显著潜力。这些数据表明GmAPC7-CT在大豆中发挥保守作用，与先前AtAPC7-CT和NtAPC7-CT的研究结果一致。因此，GmAPC7-CT基因可作为提高大豆生产力和广谱抗性的有前景的生物技术靶点，为未来田间试验和扩展对其他重要病原的抗性评估奠定了基础。
