研究發現PG031基因具有改良大豆種皮吸水性的應用潛力

　　大豆群體的種皮吸水性差異很大，幾乎所有野生大豆的種皮都是硬的、不吸水的，而栽培大豆群體的種皮相對容易吸水。硬的吸水性差的種皮可以保護種子在自然條件下免受病菌、旱澇、腌漬的侵害，以順利度過休眠期而適時萌發，同時收獲的種子容易儲存。相反，栽培大豆種皮相對容易吸水，在播種后可以保障大豆的適時整齊發芽，但收獲的種子不易保存。栽培大豆群體的種皮硬度/吸水性仍有較大變異，很難通過表型辨別，鑒定關鍵控制基因對分子設計育種變得尤為重要。已有研究鑒定出大豆種皮硬度由qHS1和qHS2兩個主要位點來控制。其中，對qHS1位點的解析增加了對大豆種皮性狀分子基礎的理解，qHS2基因功能則依然未知。

　　近期，中國科學院東北地理與農業生態研究所大豆遺傳與分子改良學科組發現控制大豆種皮吸水性的一個編碼多聚半乳糖醛酸酶基因PG031。該基因位于qHS2置信區間內。PG031在花中高表達，但在吸水后的種子種皮中特異表達，種子萌發后降低或無表達，表明PG031在種皮吸水性的重要作用。該研究在大豆群體中鑒定到3種PG031變異，即PG031289H、PG031289Y 和PG031Hap3。其中野生大豆中僅含有PG031289H型，控制種皮不吸水性，將PG031289H導入高滲透性大豆PG031289Y型大豆后，顯著降低了轉基因種子的種皮吸水性，且百粒重有所降低，顯微鏡分析證實PG031289H的導入減少了種皮的柵欄層和薄壁細胞層的細胞內空間，增加了水分進入種皮的屏障。在另外兩個等位變異中，PG031289Y型來源于PG031289H的1個SNP突變，與種子種皮透水性增加緊密相關，因為PG031289Y等位變異與大粒重相關，這個等位變異可能正在經歷人工選擇。

　　該研究為深入了解大豆種皮吸水性的遺傳機制提供了理論依據，也為定向改良栽培品種以滿足不同的貯藏需求提供一定的理論基礎。

　　相關成果以A polygalacturonase gene PG031 regulates seed coat permeability with a pleiotropic effect on seed weight in soybean為題，發表在Theoretical and Applied Genetics上。研究得到國家自然科學基金、黑龍江省自然科學基金以及作物人工智能設計與精準育種技術等資助。