近日，廣州大學教授關躍峰團隊同合作者在國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助下，通過AI引導的蛋白質設計與基因編輯結合，創制了自然界不存在的GmSWEET10b優異基因型，提高糖轉運能力，從而在多年多點的大田試驗中，穩定提高主推大豆品種的含油量。相關成果在線發表于《先進科學》（Advanced Science）。
培育高油高產大豆是破解我國大豆產業“卡脖子”難題，筑牢糧食安全根基的戰略需求。當前主流的分子育種策略聚焦于挖掘關鍵基因的自然變異，但基因組中大量重要功能位點尚未形成可利用的優異等位基因，是突破品種改良天花板的瓶頸之一。以調控大豆含油量和籽粒大小的糖轉運蛋白SWEET為例：GmSWEET10a和GmSWEET1010b兩個同源蛋白均可驅動種皮向胚的糖分運輸，從而提升籽粒大小與油分積累。
然而，GmSWEET10a的優異等位基因在高油種質中已近乎固定，但同源基因GmSWEET10b在自然群體中卻始終缺乏有利變異，從而局限了大豆含油量的進一步提升。AI驅動的蛋白質設計與基因編輯結合，有望從頭優化蛋白功能，進而改良遺傳性狀，但這一概念尚未在高等生物改良中實現。
該研究借助AlphaFold預測發現，GmSWEET10a的C端變異可賦予其增強或減弱的轉運活性。在AlphaFold指導下，通過基因編輯提升了GmSWEET10a在含油量方面的功能表現。進一步地，創制出自然界不存在的新型GmSWEET10b單倍型，其糖轉運能力可被定向增強或削弱。經過多年多點田間試驗驗證，創制的 GmSWEET10b基因編輯大豆的含油量或蛋白含量穩定提升，同時不降低產量（部分試驗中小幅提高）。通過AlphaFold引導的定制化基因編輯技術改良大豆的油脂與蛋白含量有望成為提升大豆品質的重要途徑，對打好大豆種業翻身仗有重要意義。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202500290
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