aBIOTECH | 许冬清团队揭示大豆中GmSTF1/2促进碳同化及木质素的生物合成

植物通过光合作用将光能转化为化学能，合成碳水化合物，并为次生代谢产物提供前体。叶绿素是光能捕获与转化的关键，其含量直接影响光合效率。木质素源自碳水化合物经莽草酸及苯丙烷途径生成的肉桂烷类化合物，其生物合成受到多基因协同调控。木质素不仅赋予细胞壁结构强度与疏水性，促进维管运输，还在植物防御中起到重要作用。

近日，南京农业大学国家大豆改良中心许冬清教授团队在aBIOTECH 发表了题为“The transcription factors GmSTF1 and GmSTF2 promote photosynthesis and lignin biosynthesis in soybean”的研究论文。该研究首次揭示转录因子GmSTF1/2通过直接促进光合作用相关基因GmLHCA4和木质素合成相关基因GmCAD1的表达，正调控大豆的光合作用和木质素合成。

研究发现，在温室和田间环境中，GmSTF1/2功能缺失突变体表现出较野生型Wm82更浅的叶片颜色。进一步分析表明，双突变体gmstfs-dm叶绿素含量降低、光合效率下降且可溶性糖减少，而相应的过表达株系则呈现相反的表型。分子机制揭示，GmSTF1和GmSTF2直接结合光合作用相关基因GmLHCA4启动子中的TGACG基序，激活其转录；并同时调控一系列参与叶绿素代谢与光合作用的基因表达。

图1. GmSTF1和GmSTF2促进大豆叶绿素的生物合成和光合作用

光合作用产物可为木质素合成提供碳源。作者进一步分析了GmSTF1/2对木质素合成的影响。结果显示，与野生型相比，gmstfs-dm双突变体木质素含量显著降低，木质部染色减弱，茎秆强度下降且株高增加；而GmSTF1和GmSTF2过表达株系则木质素含量升高，木质部导管发育更发达，茎秆强度增强且株高略有降低，单株产量未受明显影响。分子机制研究表明，GmSTF1和GmSTF2能够调控GmCAD1、GmCCR1、GmCCR2和GmCCR3等木质素合成基因的转录，并直接结合GmCAD1启动子中的Z-box基序以激活其表达。

图2. GmSTF1/2通过直接激活GmCAD1的转录来促进木质素的生物合成

综上所述，GmSTF1/2一方面通过促进光合作用增强碳源供应，另一方面通过激活木质素合成途径优化碳硫分配，从而在增强大豆茎秆强度的同时抑制茎秆过度伸长，为大豆抗倒伏育种和耐密植育种提供了具有重要应用价值的新基因资源。

该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和钟山生物育种实验室等项目的资助。南京农业大学农学院钟山青年研究员宋昭庆、赵峰月博士和博士研究生边叶挺为本文的共同第一作者，南京农业大学国家大豆改良中心许冬清教授和王吴彬研究员为共同通讯作者。

引用本文：

Song Z, Zhao F, Bian Y, Li J, Wang W, Xu D. The transcription factors GmSTF1 and GmSTF2 promote photosynthesis and lignin biosynthesis in soybean. aBIOTECH 2026:100043.

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100043