近日,東北農業大學陳慶山教授團隊/齊照明研究員課題在JIPB期刊上發表題為《Natural variation in GmMET, an S-adenosyl-L-methionine-dependent methyltransferase gene, influences seed protein content in soybean》的研究成果。陳慶山教授、齊照明研究員為論文的通訊作者。東北農業大學胡利民副教授、已畢業碩士研究生郭陳益君、已畢業博士生孫明昊(現為黑龍江省農業科學院助理研究員)為論文共同第一作者。
研究人員利用野生大豆全基因組導入系群體結合剩余雜合系群體,通過精細定位,將一個蛋白質含量相關QTL (qPC-06-1)位點縮小至48.8 kb,定位區間含有4個候選基因。結合序列變異、基因表達、分子標記共分離和單倍型分析進行矩陣打分,發現GmMET得分最高。GmMET編碼一個SAM依賴性甲基轉移酶,GmMETSN14相較于GmMETZYD發生了48 bp的缺失。通過AlphaFold 3預測二者蛋白質三級結構,發現48 bp的缺失會導致GmMETSN14蛋白質三級結構發生改變。酶活性分析結果顯示GmMETZYD的酶活性在不同的底物濃度條件下均極顯著高于GmMETSN14的活性,說明GmMET來自基因編碼區的差異會導致酶的活性發生改變。研究人員利用遺傳轉化材料證實了GmMET是qPC-06-1位點的主效基因。
通過轉錄組(RNA-seq)和全基因組甲基化測序(WGBS)分析,發現GmMET主要通過內質網中的蛋白質加工、氨基酸合成、脂肪酸代謝和甘油磷脂代謝等途徑影響大豆子粒蛋白質和油分含量。通過聯合分析發現GmSEIPIN和GmNFYA等基因可能為GmMET的下游靶基因,這些候選基因的挖掘有助于解析GmMET調控大豆子粒蛋白質和油分含量的功能。
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進一步分析GmMET的自然變異,研究人員發現該基因共分為4個單倍型,優異單倍型Hap1在野生大豆中占比6.8%,而在農家種和栽培種中分別占比72.8%和71.3%。Hap1已經得到了廣泛的應用,特別是在中國南方,但黃淮地區和中國東北地區還有進一步應用的潛力。進一步通過選擇馴化分析表明qPC-06-1區域在大豆馴化和改良過程中受到選擇。
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