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来自青岛农业大学、普渡大学等机构的研究人员，鉴别出了一个控制大豆种皮是硬实或是具有透性的基因，这一研究发现可以用来开发出适应南部和热带地区的更好的大豆品种，丰富这一作物的遗传多样性及提高大豆的营养价值。相关研究论文发布在6月22日的《自然遗传学》（Nature Genetics）杂志上。
生物通报道 来自青岛农业大学、普渡大学等机构的研究人员，鉴别出了一个控制大豆种皮是硬实或是具有透性的基因，这一研究发现可以用来开发出适应南部和热带地区的更好的大豆品种，丰富这一作物的遗传多样性及提高大豆的营养价值。相关研究论文发布在6月22日的《自然遗传学》（Nature Genetics）杂志上。
领导这一研究的是现为青岛农业大学教授、普渡大学副教授的泰山学者马渐新（Jianxin Ma）博士。马渐新教授的主要研究方向为禾谷类和豆类作物比较基因组学，植物转座子介导的结构、功能和进化基因组学、转化应用基因组学和生物信息学，迄今在国际著名SCI学术期刊Nature、PNAS、Genome Research等发表论文50余篇（延伸阅读：中科院，中山大学等合作解析全基因组重复事件）。
在这篇新文章中，马渐新和同事们发现GmHs1-1基因突变可导致野生大豆的硬种皮变得具有透性。大约在5千年前农民们开始对这一性状进行选择，朝着将亲缘植物硬实种子的野大豆(GLYCINE SOJA)驯化为大豆迈出了关键的一步。
马渐新说，可以改造这一基因来为种子透性是不利因素的种植区域培育出改良的大豆品种。此外，GmHs1-1还与大豆的钙含量有关联，这为提高豆制品的营养提供了一个遗传靶点。
了解决定种子透性的机制，还可以让研究人员更好地获得野生大豆大量未开发的遗传多样性从而丰富栽培品种，当前的品种由于缺乏遗传多样性而阻碍了产量的提高。
马渐新说：“这是在植物物种中鉴别出的第一个与硬实种子相关的基因。这一研究发现有可能帮助我们快速地找到在许多其他的植物中控制这一性状的基因。此外，我们对改变种皮中钙浓度这一潜在应用也感到非常兴奋。随着我们在其他的豆类中鉴别出相似的控制钙水平的基因，这有可能会带来一场变革。”
种子硬实使得许多野生植物物种能够在恶劣的条件下及贫瘠的环境中保护好种子，让它们一直保持休眠状态直至出现适合萌芽的条件，从而实现长期的生存。包裹在密闭的种皮中，种子可以在长时间内，在某些情况下甚至可在100多年里保持活力。
但赋予了野生种子适应力的硬种皮却是农业生产中的一个问题。它阻止了种子以一种统一的、可预测的模式快速萌芽。野生大豆种子要经历数周到数月才萌芽，而栽培大豆的种子可在15分钟内开始吸收水分。
马渐新说，几千年前亚洲的农民们认识到了种子透性的价值，人为地选择这一性状生成了现代栽培大豆品种的祖先。
但有关支持种皮透性的遗传因子仍然是个谜，直至马渐新和他的研究小组利用一种图位克隆（map-based cloning）方法，追踪GmHs1-1确定其是导致硬实种子的基因。
研究小组发现，GmHs1-1基因中的一对核苷酸发生了突变——他们在构成大豆基因组的近10亿碱基对中发现有一个碱基对发生了改变，导致了种皮具有透性。
马渐新说：“我们最终认识了这一实现大豆驯化的遗传改变。当我们获得这类研究发现时，我们总是感到非常的兴奋。”
马渐新说，改造这一基因可以生成适合于美国南部和热带地区的更硬实的种子，在这些地区栽培大豆的软种皮会在大豆收获后不久降低它们的活力。这一研究发现还可以帮助研究人员提高大豆和其他豆类如刀豆的蒸煮品质。
该研究小组的下一个目标是，鉴别出与GmHs1-1互作的基因，了解它们是如何协同作用来控制钙以及有可能其他的矿物质的含量的。
（生物通：何嫱）
作者简介：
马渐新博士
美国普渡大学副教授，青岛农业大学教授，泰山学者。主要研究方向为禾谷类和豆类作物比较基因组学，植物转座子介导的结构、功能和进化基因组学、转化应用基因组学和生物信息学。马渐新教授在国际著名SCI学术期刊Nature、PNAS、Genome Research、Trends in Genetics、Current Opinion in Plant Biology、Plant Cell等发表论文50余篇，影响因子达330，被其他SCI论文引用2500余次，单篇他引达230余次。担任Frontier in Plant Genetics and Genomics 审稿编辑、大豆科学编委和国际植物基因组学报客座编辑；被邀为35家国际学术期刊和出版社评审，为美国国家科学基金和中国自然科学基金重大项目等评审。担任历年国际动植物基因组大会(PAG)转座子分会主席。
生物通推荐原文摘要：
GmHs1-1, encoding a calcineurin-like protein, controls hard-seededness in soybean
Loss of seed-coat impermeability was essential in the domestication of many leguminous crops to promote the production of their highly nutritious seeds. Here we show that seed-coat impermeability in wild soybean is controlled by a single gene, GmHs1-1, which encodes a calcineurin-like metallophosphoesterase transmembrane protein. GmHs1-1 is primarily expressed in the Malpighian layer of the seed coat and is associated with calcium content. The transition from impermeability to permeability in domesticated soybean was caused by artificial selection of a point mutation in GmHs1-1. Interestingly, a number of soybean landraces evaded selection for permeability because of an alternative selection for seed-coat cracking that also enables seed imbibition. Despite the single origin of the mutant allele Gmhs1-1, the distribution pattern of allelic variants in the context of soybean population structure and the detected signature of genomic introgression between wild and cultivated soybeans suggest that Gmhs1-1 may have experienced reselection for seed-coat permeability.
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