東北地理所在鮮食大豆籽粒糖分積累調控分子機制方面取得新進展
近日，東北地理所張秋英研究員團隊在園藝學頂級期刊《Horticulture Research》上發表了題為“Sucrose as a Key Nutritional Marker Distinguishing Vegetable and Grain Soybeans,Regulated by GmZF-HD1 via GmSPS17 in Seeds”的研究論文。該研究明確了蔗糖作為區分兩種類型大豆的關鍵品質指標，并發現了一個大豆籽粒蔗糖積累調控分子模塊，為高糖鮮食大豆選育提供了新的理論依據。
大豆作為一種全球重要的作物，從采收時期上可分為鮮食大豆和粒用大豆兩大類。鮮食大豆俗稱“毛豆”，在鮮莢期收獲，而粒用大豆主要用于食品加工、油料提取和動物飼料等。盡管兩者在收獲時間和籽粒大小上有所不同，但其營養差異在品種選育時常被忽視。隨著健康意識的增強，鮮食大豆因其高營養價值而受到越來越多的關注，因此，深入研究鮮食大豆與粒用大豆的營養成分差異及其調控機制，對于優化大豆品種選育策略、開發高營養價值的大豆品種具有重要意義。
本研究選取了10個鮮食大豆和10個粒用大豆品種（系），對其營養成分進行了全面比較。研究發現，鮮食大豆在蔗糖、可溶性糖和粗蛋白含量上顯著高于粒用大豆，而在粗脂肪和總脂肪酸含量上則相對較低。在鮮莢階段，鮮食大豆含有較高比例的不飽和脂肪酸，尤其是油酸。通過主成分分析（PCA）和機器學習算法，發現鮮食大豆和粒用大豆在營養組成上存在明顯差異，并且蔗糖是區分鮮食大豆和粒用大豆的最關鍵營養標志物（圖1）。
圖1?鮮食大豆與粒用大豆營養品質區分的標志物篩選
此外，結合動態RNA-seq及加權基因共表達網絡分析（WGCNA），研究人員進一步挖掘了與蔗糖積累相關的基因模塊，并鑒定了GmSPS17作為蔗糖磷酸合成酶（SPS）編碼基因，以及其上游轉錄因子GmZF-HD1。進一步的分子試驗和遺傳轉化試驗證實了GmZF-HD1通過直接激活GmSPS17的轉錄來增加蔗糖積累。在大豆毛狀根過表達體系中，GmZF-HD1能夠顯著增強GmSPS17的表達，從而提高蔗糖的積累量。本研究明確了蔗糖作為區分鮮食大豆和粒用大豆的關鍵營養標志物，揭示了GmZF-HD1通過GmSPS17調控蔗糖積累的分子機制（圖2）。研究結果為開發高糖鮮食大豆品種提供了重要的指導。
圖2?GmZF-HD1調控GmSPS17表達
東北地理所劉長鍇項目副研究員為論文第一作者，李彥生副研究員為論文通訊作者，胡巖峰副研究員、張秋英研究員和劉曉冰研究員為本研究提供了重要指導。研究得到國家重點研發計劃（2021YFD1201103-03）、中國科學院戰略性先導科技專項（XDA28070402）和黑龍江省優秀青年科學基金（YQ2024D009）聯合資助。
論文信息：
Liu Changkai,Zhang Qiuying,Hu Yanfeng,Li Yansheng*,Liu Xiaobing. Sucrose as a Key Nutritional Marker Distinguishing Vegetable and Grain Soybeans,Regulated by GmZF-HD1 via GmSPS17 in Seeds. Horticulture Research,2025. DOI: 10.1093/hr/uhaf242
論文鏈接：
https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhaf242/8254146?login=true
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