【PNAS】 中国农大解析了大豆表皮毛形态调控机制，揭示了直立表皮毛大豆高产原因

2023 年 3 月 22 日，中国农业大学农学院 孙连军 团队在 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 杂志上在线发表了题为 "A retrotransposon insertion in the Mao1 promoter results in erect pubescence and higher yield in soybean" 的研究论文。该研究解析了大豆表皮毛形态调控机制，揭示了直立表皮毛大豆高产原因，为大豆高产育种提供了新的参考依据和基因资源。

表皮毛普遍存在于陆生植物中，对于提高植物的环境适应性、作物的生产性能具有重要作用。野生大豆和栽培大豆的表皮毛形态存在明显差异，绝大多数野生大豆为倒毛，而栽培大豆普遍为立毛。因此，大豆表皮毛形态被认为是环境适应性相关的驯化性状。目前对于大豆表皮毛形态的研究较少，分子调控基因以及机制仍不清楚，因此，解析大豆表皮毛形态调控机制，探索大豆表皮毛形态生物学功能对于大豆适应性机制研究具有重要意义。

课题组利用正向遗传学的方法从齐黄 34 与冀豆 17 杂交衍生的分离群体中找到了大豆表皮毛形态调控基因，并命名为 Mao1。研究发现，Mao1 编码一个线粒体定位蛋白，在立毛大豆中 Mao1 的表达量显著高于倒毛大豆。通过遗传转化以及相关分子生物学实验，最终证明了立毛大豆中 Mao1 启动子区域插入的 Ty3/Gypsy 逆转座子可以招募一个 GBP 转录因子从而提高下游 Mao1 基因表达量改变表皮毛基细胞发育模式，最终使表皮毛形态由倒变立。

冀豆 17 是我国重要的主栽高产高油大豆品种，其叶表皮毛角度小。通过多地田间试验，结果发现相比于非转基因对照，冀豆 17 的 Mao1 超表达植株产量得到显著提升。此外，在人工培养箱中培养的 Mao1 超表达植株的光合速率以及叶绿素含量、rubisco 酶活性等光合指标也均显著高于非转基因对照。研究结果为高产大豆培育和主栽大豆品种再改良提供了潜在技术方向与分子基础。

中国农业大学博士研究生 安杰 为论文的第一作者，中国农业大学 孙连军 教授和广州大学 孔凡江 教授为论文共同通讯作者。吉林省农业科学院大豆研究所 张春宝 研究员、山东省农业科学院作物研究所 徐冉 研究员、山东农业大学农学院 张大健 教授和西北农林科技大学草业与草原学院 曹玉曼 副教授也参与了该项研究并提供了重要指导和帮助。该研究得到了国家自然科学基金项目、国家青年人才项目和中央高校基本科研业务费等项目的资助。

转自：“iPlants”微信公众号

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