中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所張勁松研究組對我國不同區(qū)域的大豆品種進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序以及分析，鑒定到影響大豆種子百粒重的相關(guān)模塊，并進(jìn)一步從中挖掘出重要的調(diào)控因子。進(jìn)一步，研究基于大豆種子發(fā)育過程中基因表達(dá)的動態(tài)變化，鑒定到一系列發(fā)育中持續(xù)積累的基因。基于以上兩組分析獲得的重疊的基因，該研究鑒定到一個新的百粒重調(diào)控基因GmPLATZ?？蒲腥藛T通過基因編輯技術(shù)創(chuàng)制了該基因及其同源基因的雙突變體gmpla/b。這個雙突變體大豆的籽粒和粒重變小，表明大豆需要GmPLATZ保持籽粒大小和粒重。轉(zhuǎn)錄組分析表明，GmPLATZ顯著影響細(xì)胞周期和植物激素合成的相關(guān)通路。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，GmPLATZ直接激活六個細(xì)胞周期蛋白基因表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程；同時直接激活GmGA20OX促進(jìn)細(xì)胞增殖。GmPLATZ可通過結(jié)合回文序列元件AATGCGCATT和GCATT(N17)AATGC，分別調(diào)控GmGA20OX和GmCYCD6;1表達(dá)。研究顯示，在大豆中過表達(dá)GmGA20OX可促進(jìn)籽粒變大并提高粒重。因此，GmPLATZ可能通過激活GA合成途徑和細(xì)胞周期進(jìn)程促進(jìn)籽粒變大并提高粒重。

 

　　研究發(fā)現(xiàn)，PLATZ在野生大豆中已受到選擇，并在栽培大豆中完全固定下來。同時，研究鑒定到PLATZ重要的單倍型Hap3，與高的百粒重、高的基因表達(dá)和高啟動子活性相關(guān)。在擬南芥和水稻中，GmPLATZ的同源基因具有調(diào)控籽粒大小和粒重的保守功能。這一研究揭示了新的大豆粒重調(diào)控模塊，對大豆遺傳改良和高產(chǎn)育種具有重要意義。

 

　　10月15日，相關(guān)研究成果以Global analysis of seed transcriptomes reveals a novel PLATZ regulator for seed size and weight control in soybean為題，在線發(fā)表在《新植物學(xué)家》（DOI：10.1111/nph.19316）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院等的科研人員參與研究。

 

　　基于轉(zhuǎn)錄組分析鑒定GmPLATZ及該基因分子機(jī)制解析。（a）通過共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行層次聚類分析；（b）持續(xù)積累基因的GO富集分析；（c）Williams 82和雙突變體大豆的種子大小比較；（d）GmPLATZ調(diào)控大豆種子大小和粒重的工作模型。