大豆富含優(yōu)質(zhì)的植物蛋白，同時也是食用植物油和工業(yè)用油的重要來源。我國大豆需求量巨大，但大豆種植規(guī)模有限，單產(chǎn)較低，已成為糧食安全的短板。2024年中央一號文件提出，鞏固大豆擴種成果，支持發(fā)展高油高產(chǎn)大豆品種。大豆產(chǎn)量受多種遺傳因素和環(huán)境因素調(diào)控。大豆根系生長和根系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建對大豆植株的水肥吸收、生長發(fā)育、抗逆以及最終的產(chǎn)量形成均有重要影響。大豆屬于直根系作物，其主根的伸長生長在根系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形成中扮演重要角色。解析大豆主根生長的分子遺傳基礎(chǔ)、發(fā)掘主效遺傳位點和關(guān)鍵基因，對大豆高產(chǎn)抗逆育種具有重要意義。

近日，廣東省科學(xué)院南繁種業(yè)研究所王振宇教授團隊通過對大豆自然群體324份材料開展大豆幼苗期主根長性狀調(diào)查，結(jié)合群體測序發(fā)掘的SNP數(shù)據(jù)，利用全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）等方法，發(fā)掘調(diào)控大豆主根長度的遺傳位點（QTL）和目標基因。此研究共發(fā)掘到3個主效QTL包含8個SNP與大豆主根長顯著關(guān)聯(lián)，且為新報道的遺傳位點。對其中2號染色體上的主效位點進一步分析，發(fā)掘GmGA20ox1（Gibberellin 20 oxidase 1-like）為最終目標基因，且其編碼區(qū)的非同義突變與大豆主根長顯著關(guān)聯(lián)，可作為重要的自然變異用于分子育種研究?；?em>GmGA20ox1基因內(nèi)部和啟動子的自然變異，共有11個GmGA20ox1單倍型被發(fā)現(xiàn)。其中攜帶優(yōu)異單倍型Hap3的大豆表現(xiàn)出最長的平均主根長，且Hap3在亞群中的占比從野生豆（10.5%）到地方品種（45.2%）到育成品種（55.5%）逐步增加，暗示其在大豆馴化和改良中受到選擇。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，GmGA20ox1在進化中表現(xiàn)出保守性，且在攜帶優(yōu)異單倍型Hap3的大豆品種中GmGA20ox1的表達水平更高。通過基因組數(shù)據(jù)對GmGA20ox1及其上下游區(qū)間進行遺傳多樣性與分子進化分析，發(fā)現(xiàn)GmGA20ox1處于大豆基因組的選擇性清除區(qū)域，表明其在大豆馴化改良過程中被強烈選擇，GmGA20ox1的優(yōu)異單倍型可能已經(jīng)被應(yīng)用到大豆育種中。

圖1 GmGA20ox1的發(fā)掘及其單倍型分析

該研究旨在發(fā)掘調(diào)控大豆主根伸長生長的主效遺傳位點和關(guān)鍵基因，為大豆高產(chǎn)抗逆育種提供基因資源和探索思路。相關(guān)研究成果發(fā)表于Industrial Crops & Products（國際農(nóng)林科學(xué)一區(qū)Top期刊），廣東省科學(xué)院南繁種業(yè)研究所李陽博士和顧進寶博士為論文第一作者，王振宇教授為論文通訊作者。廣州大學(xué)孔凡江教授為此研究提供了寶貴種質(zhì)資源。該研究得到了廣東省科學(xué)院發(fā)展專項、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金和湛江市基礎(chǔ)研究等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118814.

供稿：省科學(xué)院南繁種業(yè)所

撰稿：李陽

審稿：黃丹??王勤南??朱潔

校稿：徐超??肖捷??章震