近日,东北农业大学陈庆山团队赵莹副教授在JIPB期刊上发表题为“The GmGT-2F, a Trihelix transcription factor, regulates seed oil content by directly activating GmAGAL transcription in soybean”的研究成果。东北农业大学博士后李双哲、副教授崔一凡、博士生刘洋为论文共同第一作者,东北农业大学赵莹副教授为论文的通讯作者。
研究人员通过全基因组分析鉴定到大豆Trihelix家族成员GmGT-2F,该基因定位于细胞核,且在种子发育中后期特异性高表达。利用CRISPR-Cas9技术和转基因技术创制了GmGT-2F敲除突变体(gmgt-2f)和过表达株系(GmGT-2F-OE)。过表达GmGT-2F显著提高种子含油量(增幅4.71%–7.37%),且油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量显著增加;敲除GmGT-2F则使含油量下降8.76%–11.11%,但种子蛋白质含量和粒重显著提升。电镜观察显示,GmGT-2F-OE株系种子油体数量增多,蛋白储存液泡减少,反之亦然,证实其在油分与蛋白积累平衡中的关键作用。
通过RNA-seq与DAP-seq联合分析,鉴定到GmGT-2F的下游靶基因GmAGAL,该基因编码α-半乳糖苷酶。进一步实验验证表明,GmGT-2F直接结合GmAGAL启动子的M1(GAGAAGAC)和M2(AAGAAAAAAG)基序,激活其转录。GmAGAL敲除株系(gmagal)及双敲除株系(gmgt-2f/gmagal)的α-半乳糖苷酶活性显著降低,种子含油量同步下降,证实GmAGAL是GmGT-2F调控通路的核心下游基因。代谢组分析表明,GmGT-2F通过调控GmAGAL活性,可能影响蔗糖生成与分配,进而调控油脂合成关键基因GmWRI1的表达。酵母双杂交、BiFC、CO-IP、Pull-down,LUC等实验发现,GmCYP2蛋白可与GmGT-2F相互作用,抑制其对GmAGAL的转录激活能力,形成调控通路的负反馈机制。
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