近日,东北农业大学陈庆山教授团队/齐照明研究员课题在JIPB期刊上发表题为《Natural variation in GmMET, an S-adenosyl-L-methionine-dependent methyltransferase gene, influences seed protein content in soybean》的研究成果。陈庆山教授、齐照明研究员为论文的通讯作者。东北农业大学胡利民副教授、已毕业硕士研究生郭陈益君、已毕业博士生孙明昊(现为黑龙江省农业科学院助理研究员)为论文共同第一作者。
研究人员利用野生大豆全基因组导入系群体结合剩余杂合系群体,通过精细定位,将一个蛋白质含量相关QTL (qPC-06-1)位点缩小至48.8 kb,定位区间含有4个候选基因。结合序列变异、基因表达、分子标记共分离和单倍型分析进行矩阵打分,发现GmMET得分最高。GmMET编码一个SAM依赖性甲基转移酶,GmMETSN14相较于GmMETZYD发生了48 bp的缺失。通过AlphaFold 3预测二者蛋白质三级结构,发现48 bp的缺失会导致GmMETSN14蛋白质三级结构发生改变。酶活性分析结果显示GmMETZYD的酶活性在不同的底物浓度条件下均极显著高于GmMETSN14的活性,说明GmMET来自基因编码区的差异会导致酶的活性发生改变。研究人员利用遗传转化材料证实了GmMET是qPC-06-1位点的主效基因。
通过转录组(RNA-seq)和全基因组甲基化测序(WGBS)分析,发现GmMET主要通过内质网中的蛋白质加工、氨基酸合成、脂肪酸代谢和甘油磷脂代谢等途径影响大豆子粒蛋白质和油分含量。通过联合分析发现GmSEIPIN和GmNFYA等基因可能为GmMET的下游靶基因,这些候选基因的挖掘有助于解析GmMET调控大豆子粒蛋白质和油分含量的功能。
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进一步分析GmMET的自然变异,研究人员发现该基因共分为4个单倍型,优异单倍型Hap1在野生大豆中占比6.8%,而在农家种和栽培种中分别占比72.8%和71.3%。Hap1已经得到了广泛的应用,特别是在中国南方,但黄淮地区和中国东北地区还有进一步应用的潜力。进一步通过选择驯化分析表明qPC-06-1区域在大豆驯化和改良过程中受到选择。
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