2024年12月9日，Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了由中国农业科学院作物科学研究所孙君明课题组撰写的“An R2R3-type MYB transcription factor, GmMYB77, negatively regulates isoflavone accumulation in soybean [Glycine max (L.) Merr.]”论文。该研究首次解释了大豆关键转录因子GmMYB77对异黄酮积累的负调控机制，并挖掘出具有高异黄酮含量积累特性的优异单倍型，为大豆分子育种提供了重要参考。
大豆[Glycine max (L.) Merr.]不仅是全球重要的粮食作物，更以其富含油分、蛋白质和功能性化合物而广为人知。其中，异黄酮作为一种植物雌激素，因其具有潜在的抗癌、抗氧化和改善更年期症状等功能，受到了广泛关注。目前，异黄酮合成代谢途径中的关键合成酶相对清楚，但合成代谢调控网络尚不明确。因此，解析异黄酮积累的分子调控机制，尤其是关键转录因子的作用机制，对大豆品质的改良具有重要意义。
研究团队首先通过BSA-seq和GWAS相结合的方法，结合两年三点异黄酮表型数据，定位到一个与异黄酮积累相关的基因GmMYB77。利用大豆发状根转化体系，通过基因过量表达和RNAi干扰实验，验证GmMYB77负调控发状根中异黄酮含量的积累（图1）。通过RT-qPCR实验，分析22个异黄酮关键酶基因的表达情况，从中筛选到4个可能受GmMYB77调控的异黄酮合成关键酶基因。进一步研究中，通过双荧光素酶报告实验、EMSA和酵母单杂交实验，发现GmMYB77通过直接结合目标基因启动子区域的核心序列GGT，直接抑制GmIFS1、GmIFS2、GmCHS7和GmCHS8基因的表达水平（图2）。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除该基因，可将大豆籽粒中的总异黄酮含量提高15%，特别是异黄酮重要组分丙二酰基黄豆黄甙含量可提高58%以上，而过表量达植株籽粒则异黄酮显著降低。
通过对2241份大豆种质的单倍型分析，发现GmMYB77启动子区域中Hap-P2单倍型与高异黄酮含量显著相关。进一步实验表明，含有Hap-P2的大豆种质中GmMYB77表达量显著低于Hap-P1和Hap-P3。结合GmMYB77编码区不同单倍型在调控异黄酮积累的功能上无显著差异的结果，我们推测，GmMYB77启动子上的序列变异，及其引发的该基因表达水平显著差异，是造成不同单倍型种质异黄酮含量差异的主要原因。此外，Hap-P2与Hap-C2组合的优异单倍型在黄淮海地区来源的种质中的分布频率较高，这与黄淮地区来源种质异黄酮含量较高趋势一致，表明GmMYB77可能经过了自然或人工选择。该研究揭示了关键转录因子GmMYB77在异黄酮积累中的负调控作用机制，为改良大豆异黄酮品质提供了新思路。
该研究得到了国家自然科学基金及中国农业科学院农业科技创新计划的资助。中国农业科学院作物科学研究所博士生刘艺田、助理研究员张晟瑞和副研究员李静为该论文的共同第一作者，孙君明研究员和李斌副研究员为论文的通讯作者。
图1 GmMYB77在大豆发状根中的表型
图2 GmMYB77直接结合并抑制下游基因的转录
图3 GmMYB77单倍型分析
原文链接：
https://doi.org/10.1111/pbi.14541
植物科学最前沿，专注于植物科学前沿进展、资讯、招聘信息的发布及方法软件共享等。投稿及招聘请后台回复“投稿”，均为无偿；商务合作请联系微信ID：zwkxqy ；