科研人员解析大豆果荚着色分子机制

中国农业科学院作物科学研究所大豆优异基因资源发掘与创新利用团队和作物生物信息学及应用创新团队合作鉴定了调控大豆果荚着色的关键基因L1，解析了其分子机制，并阐明了深色豆荚对野生大豆环境适应性的重要性以及选择浅色豆荚在大豆驯化和改良中的意义。相关研究成果在《分子植物》（Molecular Plant）在线发表。

在大豆漫长的驯化过程中，人类对其野生近缘种进行了持续的选择，导致其形态结构和生理功能都发生了显著变化，合称为驯化综合征。大豆荚色是一种典型的驯化综合征，其中野生大豆荚通常是黑色的，而现代栽培大豆往往是褐色或浅褐色的荚。1923年，Woodworth等人提出L1是调控大豆成熟果荚着色的主要位点。然而，百年后的今天，调控这一性状的确切基因仍不清楚。

该研究成功鉴定出了调控大豆果荚颜色的关键因子L1基因，该基因在大豆果荚中高表达，并编码一种豆科特异的L1蛋白。进一步研究发现，它能够通过反应生成红果酸和番石榴酸，这两种化合物进一步被氧化或与其它物质发生聚合反应导致大豆荚颜色变深，并导致大豆种皮出现不规则的色素沉着。除此之外，与浅褐色豆荚相比，黑色豆荚的光热转化效率更高，导致其在光下具有更高的表面温度和更强烈的温度变化。而高温和剧烈温度变化是影响大豆炸荚的重要环境因素，因此，L1黑荚大豆在大田环境下的炸荚率远高于其基因编辑材料l1-cr。

由此推断，野生大豆中L1基因不仅能够使种子更有效的传播，还促进了种皮色素的沉积提供一种伪装色，避免种子被觅食者发现，从而提高了野生大豆的环境适应性。而栽培大豆中L1基因却不利于大豆成熟后的收获，同时斑驳的种皮严重影响了种子外观，降低了其品质。因此，在大豆驯化过程中L1基因被逐渐淘汰，而其功能缺失等位基因l1受到了强烈的人工选择。该研究解析了大豆果荚颜色变异的分子机制，为深入理解大豆驯化提供了新思路，为豆科植物的从头驯化和品种改良提供了重要靶基因。

作科所吕向光博士和李英慧研究员为本论文的第一作者，邱丽娟研究员和刘斌研究员为该论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、中国农业科学院农业科技创新工程、国家自然科学基金青年基金以及博士后基金面上项目的资助。