植物所在大豆果實馴化生物學研究中取得突破

　　果實落粒抗性作為古代人類首先選擇的重要農藝性狀被認為是作物馴化的里程碑。栽培大豆是人類最重要的植物油和蛋白來源，其果實的裂莢抗性是重要的馴化性狀。20世紀90年代以來，人們一直在利用多種手段試圖找到這一性狀的控制基因，但均未取得突破。

　　中國科學院植物研究所王印政研究組針對栽培大豆果實裂莢抗性這一關鍵馴化性狀展開了全面而深入的研究。研究人員首先發現果莢腹縫線維管束細胞壁劇烈增厚的纖維帽細胞(Fiber Cap Cells, FCC)是決定栽培大豆果實裂莢抗性的關鍵細胞結構，而離層細胞在野大豆和栽培大豆之間并沒有發生變化。他們進一步開展了免疫組織化學蛋白定位、激光捕獲顯微切割微量組織基因表達分析、基因功能互補實驗、遺傳學分析、大區段基因組(365kb)人工選擇痕跡的檢測以及相關功能元件的發現和驗證等一系列研究。結果顯示，從野大豆到栽培大豆的馴化過程中強烈的人工選擇使NAC基因家族SHAT1-5基因上游4kb處的一個抑制子被徹底清除，使SHAT1-5在栽培大豆纖維帽細胞中的表達劇烈上調，表達強度較野大豆提高了15倍，導致其次生壁顯著加厚，從而有效阻止了果莢的自然開裂過程。HAT1-5基因座位的強烈人工選擇導致栽培大豆基因組第16號染色體產生～116kb區段的DNA多態性選擇性清除。該機制與禾谷類作物由離層的失去導致落粒抗性的分子機制完全不同。該基因及其相關調控機制在豆類新品種培育和分子育種中具有重要應用前景。

　　2月19日，研究結果在國際期刊Nature Communications上以Pod shattering-resistance associated with domestication is mediated by a NAC gene in soybean 為題在線發表。論文的第一作者是董陽博士。

　　該研究工作得到國家科技基礎性工作專項和國家自然科學基金重大項目的資助。

栽培大豆果莢裂莢抗性產生的細胞學和遺傳調控機制。(A)栽培大豆與野生大豆果莢裂莢性狀的對比解剖學分析;(B)SHAT1-5基因表達模式分析以及栽培大豆與野生大豆FCC基因表達對比分析;(C)SHAT1-5基因編碼區在擬南芥nst1-1;nst3-1突變體中的功能驗證;(D)SHAT1-5基因在栽培大豆與野生大豆雜交F2分離群體中功能和表達分析;(E)GARP順式作用元件功能分析;(F)SHAT1-5基因位點以及周邊區域的選擇分析。