大豆突变一个基因：含油/产量上升 但蛋白质量下降

大豆种子的蛋白质、含油量和产量是高度相关的重要农艺性状，它们基本上决定了大豆的经济价值。然而，在大豆驯化过程中，这些相关种子性状的潜在分子机制和选择却鲜为人知。2022年6月1日，Nature Communications在线发表了美国农业部Yong-qiang Charles An课题组题为“POWR1 is a domestication gene pleiotropically regulating seed quality and yield in soybean”的研究论文。该研究证明了 CCT 基因POWR1是蛋白质/油含量的大效应的QTLl（large-effect QTL ）的基础。研究表明POWR1中的TE 插入会截断其 CCT 结构域并显着增加种子油含量、重量和产量，同时降低蛋白质含量。POWR1多效性可能通过调节种子养分转运和脂质代谢基因来控制这些性状。

种子蛋白质含量、含油量和产量被认为是大豆最重要的性状。商品型大豆品种通常含有约 40% 的种子蛋白和 20% 的种子油。栽培大豆通常含有更高的种子产量和含油量，但蛋白质含量低于其祖先的野生大豆。然而，这三个性状在大豆种质之间差异很大。种子性状通常相互关联，其中种子蛋白质含量通常与种子含油量和产量呈负相关。这种反比关系对同时改善种子品质性状和产量以提高大豆的整体经济价值提出了很大的挑战。因此，阐明这三个相互关联的性状背后的遗传和分子基础，了解在大豆驯化和改良过程中如何选择这些相互关联和农艺学上重要的性状，对于大豆种子质量和产量的提高具有重要意义。

该研究证明了 CCT 结构域基因POWR1是 chr20 上的蛋白质和油的大效应 QTL 的基础。在保守的 CCT 结构域中插入 TE会导致种子油含量、种子重量和种子蛋白质含量降低。POWR1在种皮发育过程中优先表达，可能通过调节养分转运和脂质代谢来控制种子性状。此外，该研究还表明POWR1是一个驯化基因，突变的等位基因完全固定在栽培大豆中，除了少数亚洲栽培大豆种质。最后，该研究通过驯化过程的逆转和转基因研究表明，高蛋白POWR1等位基因可用于通过育种和生物技术方法满足全球对高蛋白食品和饲料的需求。

综上所述，该研究深入了解了重要的相互关联的种子性状的分子和遗传基础及其在驯化中的作用，对于制定有效的策略以提高大豆和其他种子作物的种子质量和产量具有重要意义。

论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30314-7.pdf