陕西
异黄酮是大豆籽粒中重要的功能性次生代谢物，不仅影响大豆的营养和健康价值，还参与植物防御等生物学过程。尽管大豆异黄酮生物合成通路已得到较为系统的解析，但控制自然群体异黄酮含量差异的关键调控基因及其分子机制仍有待深入研究。
近日，中国农业科学院作物科学研究所在Journal of Advanced Research上发表了题为Multi-omics integration identifies GmISO5 as a key regulator of seed isoflavone biosynthesis and implicates it in the response to soybean mosaic virus的研究论文，鉴定并揭示了调控大豆籽粒异黄酮积累的关键基因 GmISO5 及其作用机制，并发现该基因参与大豆花叶病毒（SMV）响应。
研究团队通过全基因组关联分析和转录组关联分析，鉴定到调控大豆籽粒异黄酮积累的关键基因 GmISO5。研究发现，敲除该基因后籽粒总异黄酮含量降低约80%，多个异黄酮合成相关基因的表达发生显著变化。进一步研究表明，GmISO5可直接结合并激活异黄酮合成关键基因 GmHIDH 和 GmCHS1 的启动子，从而协同调控异黄酮生物合成的不同环节，拓展了对PEBP家族蛋白参与植物次生代谢调控功能的认识。
群体遗传分析发现，GmISO5 主要存在高、低异黄酮两种单倍型，其中低异黄酮单倍型在大豆驯化和改良过程中持续富集，在改良品种中的发生频率达到91%。该单倍型同时与较高的百粒重和脂肪含量相关，表明其富集可能与育种过程中对粒重和油分性状的间接选择有关。与此同时，GmISO5 敲除材料接种SMV后表现出更严重的病害症状和更高的病毒积累，提示该基因参与大豆对SMV侵染的响应。该研究为大豆高异黄酮优异等位变异的发掘利用和营养品质改良提供了重要基因资源和理论基础。
GmISO5的定位及其对大豆异黄酮合成与SMV响应的调控。A，大豆籽粒主要异黄酮组分及其比例；B，5号染色体异黄酮关联区域的局部GWAS与连锁不平衡分析；C，野生型（WT）及两个GmISO5敲除株系成熟籽粒中总异黄酮及各组分含量；D，异黄酮相关IC37模块的共表达网络，节点颜色表示子模块，黑色外圈标记已知异黄酮相关基因；E，GmISO5敲除后异黄酮合成通路基因的表达变化，蓝色和红色分别表示下调和上调；F，GmISO5通过激活GmCHS1和GmHIDH促进异黄酮合成与积累，并参与大豆花叶病毒（SMV）响应的工作模型。
作科所博士研究生冯新康、博士后孙大千为论文共同第一作者，作科所李英慧研究员、安徽农大王晓波研究员和作科所邱丽娟研究员为论文共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业科学院农业科技创新计划等项目的资助。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123226007496?via%3Dihub
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