Advanced Science | 山东大学向凤宁/李朔团队揭示大豆耐盐碱调控新机制

大豆是重要的粮食和油料作物，但其产量受盐碱胁迫抑制。因此，发掘大豆高产及耐盐碱基因及其优异等位变异、解析其调控机理、培育高产耐盐碱大豆对于保障其粮食安全至关重要。

近日，山东大学生命科学学院向凤宁/李朔团队的在Advanced Science 在线发表了题为A Novel GmSIN1-GmRNF1a-GmCSN5a Module Determines Soybean Salt Tolerance and Yield Under Saline Soil Conditions的研究论文，揭示了GmSIN1-GmRNF1a-GmCSN5a模块介导GmSIN1蛋白稳态调节大豆耐盐碱性及产量的新机理，发现三者优异单倍型聚合大豆种质具有更高的盐碱地及非盐地产量，展现出显著的基因叠加效应，为培育高产耐盐碱大豆新品种提供了新基因资源和理论依据。

该团队前期发现NAC转录因子GmSIN1既促进大豆耐盐碱性又促进大豆生长及产量，其通过调节下游靶基因的转录参与盐胁迫响应（Li et al., The Plant Cell, 2019），但有关其蛋白翻译后修饰调控盐碱胁迫下大豆产量的研究尚未见报道。此外，尽管大豆中已有部分耐盐基因的分子机制被解析，但其优异等位变异的发掘和利用研究较少。

该研究发现GmSIN1蛋白通过26S蛋白酶体途径降解，但盐胁迫抑制其降解，因此，维持GmSIN1蛋白稳定性对于大豆盐胁迫响应至关重要。通过酵母双杂交库筛选出2个与GmSIN1发生物理互作的候选蛋白GmRNF1a（RING型E3泛素连接酶）和GmCSN5a（COP9信号复合体亚基5），并通过酵母双杂交实验、BiFC实验、CoIP实验、GST pull-down实验证实三者之间两两互作且形成复合物。泛素化降解实验证明，GmSIN1是GmRNF1a的泛素化底物，且盐胁迫下GmSIN1的泛素化降解被抑制；发现GmCSN5a直接抑制GmRNF1a的泛素连接酶活性，进而证实GmCSN5a直接抑制GmRNF1a对GmSIN1的泛素化降解。

通过大豆过表达转基因、基因编辑遗传材料在实验室和田间的耐盐碱性分析，证实了GmRNF1a负调控大豆耐盐性，GmCSN5a正调控大豆耐盐性。RNAseq数据分析表明，GmRNF1a调控GmSIN1下游基因的表达。遗传分析发现GmSIN1过表达能挽救GmRNF1a过表达转基因的盐敏感表型，证明GmRNF1a位于GmSIN1上游发挥大豆耐盐性调节功能。综上，该研究揭示出GmSIN1-GmRNF1a-GmCSN5a模块通过介导GmSIN1蛋白稳态调控大豆高产耐盐碱的工作模型（图1）。

利用本实验室获得的571份大豆自然群体（374份栽培种、142份农家种及55份野生种）的基因组重测序数据，鉴定出GmSIN1、GmRNF1a、GmCSN5a基因的主要单倍型，并分别将其与盐碱地和非盐地大豆种质单株粒重进行关联分析，发现携带GmSIN1Hap1、GmRNF1aHap2和GmCSN5aHap1 的大豆种质具有更高的盐碱地及非盐地产量，为优异单倍型；与其他单倍型组合相比，携带GmSIN1Hap1-GmRNF1aHap2-GmCSN5aHap1的大豆种质具有明显的盐碱地及非盐地产量优势，展现出显著的基因叠加效应（图1）。上述结果表明，GmSIN1、GmRNF1a、GmCSN5a 的自然等位变异影响大豆产量及耐盐碱性，利用其优异等位变异有助于选育高产耐盐碱大豆新品种。

综上，该研究发现了2个大豆耐盐碱新基因—E3泛素连接酶GmRNF1a和COP9信号复合体亚基GmCSN5a，揭示了GmSIN1-GmRNF1a-GmCSN5a模块通过抑制GmSIN1盐下的降解来促进大豆耐盐碱性及产量的新途径，发现了GmCSN5a以不依赖于COP9信号复合体（CSN）的方式直接调控E3泛素连接酶单体活性的新功能，鉴定出与高产耐盐碱高度关联的GmSIN1、GmRNF1a、GmCSN5a优异单倍型并证实其聚合效应，筛选出高产耐盐碱大豆新种质，为培育高产耐盐碱大豆新品种提供了理论依据和新基因资源。

图1. GmSIN1-GmRNF1a-GmCSN5a模块优异单倍型聚合及调控大豆耐盐性的工作模型

该研究由山东大学生命科学学院向凤宁实验室独立完成。徐金龙博士为论文第一作者。向凤宁教授和李朔副教授为共同通讯作者。本研究得到了中国科学院盐碱地重大科技攻关项目、国家自然科学基金联合基金集成项目、国家自然科学基金面上项目、山东省泰山青年项目、国家自然科学基金青年科学基金项等资助。

山东大学生命科学学院向凤宁/李朔团队长期从事大豆耐盐碱关键基因发掘与利用，已解析包括GmSIN1、GmNTL1、GmLEA、GmST2、GmAPC8 等多个耐盐基因的作用机制，相关研究成果分别发表在The Plant Cell，2019；2024；Advanced Science, 2025；Plant Biotechnology Journal，2025；Cell Reports，2025等国际权威期刊，受到国内外同行高度关注和认可。

论文链接：

http://doi.org/10.1002/advs.74216