中国农业科学专题文章 | 安徽农业大学联合中国农科院作物科学研究所解析大豆种子硬实生理和分子机制

种子硬实（物理休眠）是高等植物的一种复杂适应性特征，它使胚胎能够在不利的环境条件下长时间存活。野生豆大部分均具有硬实性，这对种子延长生命周期和保持生活力起着重要作用，但在生产应用中，过长的物理休眠期不仅严重影响大豆的发芽率和出苗率，而且在食品加工过程中对豆制品感官品质和榨油品质产生不利影响。因此，种子硬实是人类驯化大豆过程中的重要性状之一。作为大豆整个植株最具利用价值的繁殖器官，种子硬实不仅受外在环境条件影响，也受内在遗传规律调控。因此，了解大豆种子硬实形成的遗传因素，对高效利用大豆优异种质资源、提升食品加工品质具有重要意义。

近期，安徽农业大学农学院联合中国农业科学院作物科学研究所/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程/农业农村部作物基因资源与种质创制重点实验室完成的题为“大豆种子硬实突变体M_zp661的鉴定和基因定位”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷11期正式发表。

经甲基磺酸乙酯（ethyl methane sulfonate，EMS）诱变大豆中品661种子获得硬实突变体M_zp661，将其与栽培大豆中黄13（父本）杂交构建重组自交系（recombinant inbred line，RIL）群体，对不同株系的种子进行硬实性、吸水率和种皮解剖结构鉴定。选取RIL群体中硬实型和正常吸胀型2种极端材料分别构建混池，利用BSA-Seq技术检测不同极端材料及亲本基因型，结合欧式距离（euclidean distance，ED）和delta SNP-index、delta InDel-index关联分析方法，开展大豆种子硬实遗传位点的挖掘，进一步利用生物信息学分析、大豆不同组织的转录组数据和基因注释信息挖掘显著关联区域的候选基因。

M_zp661后代硬实型种子和吸胀型种子吸水能力比较

突变体M_zp661后代中，吸胀型种子各部位均具有吸水能力，种子体积随浸水时间延长不断增大，然而，硬实型种子浸水36 h内体积未发生变化，随着浸水时间的持续延长，种皮开始局部出现皱缩，并逐渐向其他部位扩散，子叶恢复吸胀能力。

刻皮处理对突变体M_zp661后代硬实种子的渗透能力影响

硬实型种子种皮表面光滑且结构紧密、角质层呈规则的网状结构、栅栏层较厚，而吸胀型种子表皮有气孔且结构松散、角质层有微小的裂缝、栅栏层较薄，表明突变体M_zp661种子硬实与种皮不透水/气相关。

硬实型和吸胀型种子种皮解剖结构比较

ED和delta SNP-index、delta InDel-index关联分析方法不仅鉴定到已报道种子物理休眠遗传位点qHS1，而且检测到1个一致性关联区域Chr.06：45897227—47746047，该区间共含有189个基因，转录组数据及基因注释挖掘到种子中特异高表达的Glyma.06G275300可能为该关联区域调控大豆种子硬实的关键候选基因。

显著关联区域内候选基因鉴定

大豆突变体M_zp661种子硬实由种皮不透水/气所致，利用BSA-Seq法鉴定到Glyma.06G275300可能为影响种皮结构的候选基因。

该研究获得国家重点研发计划（2021YFD1201605）、安徽省自然科学基金（2108085QC114）、安徽省重点研究与开发计划（202204c06020026）、安徽农业大学引进和稳定人才项目（rc312003）的资助。

论文链接：

《大豆种子硬实突变体M_zp661的鉴定和基因定位》

引用本文：

苗龙, 舒阔, 胡彦姣, 黄茹, 何艮华, 张文明, 王晓波, 邱丽娟. 大豆种子硬实突变体M_zp661的鉴定和基因定位[J]. 中国农业科学, 2024, 57(11): 2065-2078.

MIAO Long, SHU Kuo, HU YanJiao, HUANG Ru, HE GenHua, ZHANG WenMing, WANG XiaoBo, QIU LiJuan. Identification and Gene Mapping of Hard Seededness Mutant M_zp661 in Soybean[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(11): 2065-2078.