《Current Issues in Molecular Biology》：Genome-Wide Identification of the Glycosyltransferase 4 Family and Characterization of GmSPS8 Associated with Seed Weight in Soybean
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糖基转移酶（Glycosyltransferases, GTs）是催化糖基从供体分子转移至多种受体分子的关键酶，在植物生长、发育及环境适应等广泛生物学过程中发挥重要作用。GT4是第二大GT家族，但在大豆中仍缺乏系统表征。研究人员基于CAZy数据库的序列信息，在
糖基转移酶（Glycosyltransferases, GTs）是催化糖基从供体分子转移至多种受体分子的关键酶，在植物生长、发育及环境适应等广泛生物学过程中发挥重要作用。GT4是第二大GT家族，但在大豆中仍缺乏系统表征。研究人员基于CAZy数据库的序列信息，在大豆基因组中鉴定出60个GT4家族成员，并整合基因组与多维转录组数据分析其系统发育关系、基因组结构和表达模式。进一步，利用已构建的大豆乙基甲磺酸（Ethyl Methanesulfonate, EMS）突变体群体，研究人员将GmSPS8鉴定为可能参与籽粒重调控的候选基因。自然变异与单倍型分析显示，GmSPS8位于受驯化选择的基因组区域，提示其可能参与大豆籽粒大小的进化选择。综上，研究人员系统表征了大豆GT4基因家族，并将GmSPS8确定为与籽粒重调控相关的潜在驯化关联候选基因，为大豆GT4家族功能解析及产量相关性状基因挖掘与利用提供了新认识。
研究背景方面，糖基转移酶（Glycosyltransferases, GTs）作为催化糖基转移形成糖苷键的酶类，在多糖、糖脂和糖蛋白合成、激素调控、生物与非生物胁迫响应及内源外源物质解毒中具有核心作用。CAZy数据库已收录140个GT家族，其中GT1与GT4为最大的两个家族；GT4包含蔗糖合酶（Sucrose synthase, SUS）、蔗糖磷酸合酶（Sucrose phosphate synthase, SPS）、颗粒结合淀粉合酶（Granule-bound starch synthase, GBSS）与二半乳糖二酰甘油合酶（Digalactosyldiacylglycerol synthase, DGD）等成员，参与蔗糖代谢与库器官发育。尽管已有研究关注部分大豆GT4成员，如GmSPS家族对冷胁迫的响应，但整个大豆GT4（GmGT4）大家族仍缺乏系统鉴定与表征，因此研究人员开展了本研究。该研究发表于《Current Issues in Molecular Biology》。
主要关键技术方法上，研究人员以CAZy中拟南芥GT4氨基酸序列构建隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model, HMM），在大豆参考基因组Wm82.a4.v1中鉴定GmGT4成员；用MEGA11进行系统发育分析，MEME预测保守基序，NCBI CDD鉴定结构域；基于大豆与菜豆（Phaseolus vulgaris）直系同源基因用MCScanX做种内共线性与Ka/Ks选择压力分析；组织表达来自Soyomics，早期种子单细胞与空间转录组来自GEO: GSE270392并用Seurat分析；EMS突变体来自南京农业大学2023年材料并经KASP分型；自然群体为559份大豆种质重测序数据，用geneHapR做单倍型分析，Vcftools算π与Fst驯化选择信号；qRT-PCR以Williams 82不同发育期种子为材料。
研究结果如下。
3.1 大豆GT4的鉴定与分组：研究人员通过HMM与结构域验证鉴定出60个GmGT4基因、162个蛋白异构体，除2个未归类外分为8组；Group H（SUS相关）成员最多，Group A与F仅4个。多数成员含内含子，同组基序与CDD结构高度一致。
3.2 GmGT4相关基因功能与组织表达：功能注释显示各组对应DGD合成、淀粉合成、硫喹诺糖基转移（SQD）、蛋白糖基化及蔗糖代谢等；GO富集除糖代谢与糖基化外，还富集根瘤发生与种子成熟。组织表达上同功能组成员模式相近，GmSPS在叶花高表达，GmSUS在根茎种高表达。
3.3 GT4的染色体分布与复制现象：60个基因分布于20条染色体，第13号最多；52个有共线性关系，Group B四个基因共线证明多倍全基因组复制，8个为单拷贝，无串联重复。
3.4 GmGT4承受不同选择压力：与菜豆直系同源比对显示所有成员受纯化选择，8个Ka/Ks＜0.1，淀粉合成相关成员选择较GBSS宽松。
3.5 GmGT4单细胞与空间表达：早期种子单细胞与空间转录组显示同组成员的细胞类型表达不同，GmSPS8以内胚乳高表达为主，多个GmSUS-like成员成为种皮或胚表皮标记基因。
3.6 用EMS材料鉴定影响种子发育的候选GmGT4基因：在221份EMS材料中筛得4对终止突变，GmSPS8两终止突变均增重，gmsps8-1更长、gmsps8-2更宽；SucrsPsyn_pln超家族域破坏但PLN00142保留。GmSPS8在R6–R6.5达峰值，共表达基因富集于不对称细胞分裂（GO:0008356）与细胞组分大小调控（GO:0032535）。
3.7 GmSPS8自然变异可能影响籽粒大小：559份种质中 exon 区有7同义、2错义SNP，保留频率＞5%得3单倍型；地方品种亚群中单倍型1籽粒显著大于单倍型2。
3.8 GmSPS8定位于驯化选择区域：单倍型1在地方种与栽培种占比高于野生大豆（Glycine soja），单倍型3几乎仅存野生组；Fst与π分析表明GmSPS8处于驯化选择区。
讨论部分总结为，研究人员指出大豆因多次全基因组复制使GT4结构复杂，Group D无内含子且受较强纯化选择；GT4相较GT1底物与功能更多，还参与根瘤共生与种子成熟。GmSPS8作为SPS成员，其SucrsPsyn_pln域破坏可能影响籽粒大小；从野生到地方种单倍型3几近消失、单倍型1在改良中频率上升，说明GmSPS8可能经受人工选择。
结论部分翻译为：本研究在大豆基因组中全面鉴定出60个GT4基因，并分析其结构与组织表达特征；通过整合早期成熟阶段大豆种子的单细胞与空间转录组数据，进一步阐明这些GT4成员独特的时空表达模式；利用EMS材料，研究人员将GmSPS8鉴定为可能调控籽粒大小的候选基因；自然变异与单倍型分析提示GmSPS8可能经历人工选择。研究结果为理解GT4家族功能及鉴定大豆籽粒大小遗传改良候选基因提供了有价值基础。
