aBIOTECH | 田志喜团队发现大豆正调控抗旱新基因GmACO1

随着温室效应加剧，全球环境不断恶化，干旱面积持续增加，有效耕地面积逐渐减少，严重制约了农业发展。大豆原产于我国，迄今已经有5000多年的种植历史，是我国重要的粮食作物和经济作物，为人们日常生活提供了丰富的蛋白质和油脂。大豆的整个生长周期对水分胁迫都十分敏感，干旱胁迫对大豆的生长发育影响极大。因此，开展大豆抗旱机理研究和抗旱品种选育对我国乃至全世界粮食安全均具有非常重要的意义。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜团队在aBIOTECH发表了题为“Natural GmACO1 allelic variations confer drought tolerance and influence nodule formation in soybean”的研究论文，发现了一个调控大豆抗旱性的新基因GmACO1。

乙烯是著名的气体激素，参与了植物多重代谢途径。1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶（ACO）参与了乙烯生物合成的最后一步，即将1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC，乙烯合成前体）氧化生成乙烯。作者前期和对585份大豆种质资源进行了田间抗旱表型鉴定，并对该表型进行全基因组关联分析挖掘大豆抗旱基因。在8号和16号染色体上分别鉴定到一个与抗旱指数显著关联的信号，且已经发现16号信号区段内的关键基因并对其机制进行了解析，但是8号染色体内的候选基因尚未确定。

结合单倍型分析、表达模式分析及同源基因功能注释分析，本研究发现GmACO1是8号染色体区段内的关键基因，该基因编码一个ACC合成酶，且其表达受到15% PEG溶液诱导。进一步研究发现该基因内有两个SNP位于蛋白结构域中，且SNP影响了GmACO1的酶活性。遗传转化实验表明过表达GmACO1可以显著提高大豆的抗旱性，而RNAi转基因植株则表现为干旱敏感。多项研究表明乙烯在根瘤菌感染早期起负调控作用，且GmACO1在根中高表达，因此本研究还探索了GmACO1在大豆结瘤中的作用。结果表明，接种根瘤菌后GmACO1的表达被抑制，且GmACO1 RNAi转基因植株单株根瘤数目和单株根瘤鲜重均显著高于野生型，表明GmACO1在结瘤早期发挥抑制作用，抑制大豆结瘤。以上结果表明GmACO1一因多效，可以应用在不同目的的大豆育种中。

图1. 大豆ACC氧化酶基因GmACO1正调控大豆抗旱性

中国科学院遗传与发育生物学研究所博士后张志方为文章的第一作者，田志喜研究员和刘书林副研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、泰山学者计划和海南种业实验室揭榜挂帅项目等的资助。引用本文：Zhang, Z., Ma, J., Yang, X. et al. Natural GmACO1 allelic variations confer drought tolerance and influence nodule formation in soybean. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00160-w

相关阅读：

aBIOTECH | 张劲松课题组综述大豆籽粒性状调控的研究进展

aBIOTECH | 福建农林大学关跃峰课题组报道南方大豆易炸荚的“基因疗法”

aBIOTECH | 河南大学王学路课题组发现新的大豆泛表达启动子

aBIOTECH | 张大健课题组综述大豆野生亲缘种在育种中的应用

aBIOTECH | 刘宝辉课题组综述大豆驯化基因研究进展