现代农业科学学院

        大豆（Glycine max L.）是世界范围内重要的粮食作物且具有很高的经济价值。除油脂和蛋白外，大豆籽粒还含有多种对人体健康有益的小分子代谢物，如大豆异黄酮、大豆皂苷和维生素E。大豆油中维生素E（主要成分是生育酚，Tocopherol）是人类从膳食中获取维生素E的主要来源，同时也是决定大豆油品质的主要指标（防止氧化）。模式植物中生育酚生物合成途径已经研究地比较透彻，但大豆中生育酚的生物合成与调控机理的研究仍很初步。

        2023年4月7日，Plant Communications在线发表了中科院遗传发育所王国栋研究组和田志喜研究组题为“Genome-wide scan for oil quality reveals a coregulation mechanism of tocopherols and fatty acids in soybean seeds”的研究论文，报道大豆油脂和维生素E合成的共调控机制。

        研究人员首先测定800多份大豆品种 (包括野生大豆，地方品种和栽培品种) 籽粒中、两年度生育酚和脂肪酸的含量。结果表明，生育酚的含量在大豆自然群体的驯化过程中呈上升的趋势，并且生育酚和油脂含量有很高的正相关性。通过对生育酚全基因组关联性分析，获取了42个信号较为集中的位点。根据大豆的连锁不平衡阈值进行候选基因的筛选，最终发现了五个生育酚代谢途径相关的结构基因和多个转录因子基因。其中，GmHPPD1控制生育酚总量的群体变异，而GmMPBQ-MT1和Gmγ-TMT3调控不同形式生育酚的组成。

        同时，大豆群体籽粒中脂肪酸和生育酚含量的正相关暗示两条代谢途径可能存在共调控。利用烟草烟草双萤光素酶体系，我们筛选12个已经报道参与调控油脂代谢的转录因子。结果表明有三个转录因子可以激活生育酚代谢基因的表达，其中在过表达GmZF351转基因大豆籽粒中，总生育酚和α-生育酚的含量均有显著性增加，生育酚代谢途径中关键基因GmHPPD1, GmMPBQ-MT1和Gmγ-TMT3表达水平也显著性提高。烟草双萤光素酶体系，酵母单杂和EMSA实验均证实GmZF351可以和直接结合这些生育酚代谢基因的启动子并激活其表达。该研究不仅解析大豆自然群体中生育酚变异的分子机制，也为培育高油高生育酚的大豆新品系奠定理论基础。