在不同遗传背景下，稳定基因位点及控制豆荚抗裂性的功能基因在多种环境中的表现

摘要

大豆是一种全球重要的粮食和油料作物，但其产量无法满足日益增长的需求。虽然荚果开裂是野生大豆种子传播的关键驯化特征，但在栽培品种中，这一特征却成为限制产量提高和机械化收割的主要障碍。因此，发现与荚果开裂抗性相关的稳定遗传位点和致病基因对现代农业生产具有重要意义。在这项研究中，研究人员在三种环境下评估了284个大豆品系的荚果开裂抗性，发现1,715个稳定的关联SNP和132个InDels与该性状存在显著关联。为了减少全基因组关联分析（GWAS）中的假阳性信号，这些关联变异在另一个包含539个品系的自然群体中进行了进一步验证。结果显示，98.54%（1,690/1,715）的SNP和99.24%（131/132）的InDels得到了验证，表明这些位点在不同遗传背景下均与荚果开裂抗性相关。此外，在经过验证的稳定遗传位点GmLRR16中鉴定出一个致病基因GmLRR16，该基因在敏感品种和抗性品种的五个荚果发育阶段表现出显著的表达差异，主要在荚果中表达。GmLRR16的过表达会显著降低荚果开裂抗性，而其敲除或EMS诱导的突变则会显著增强抗性，这证实了GmLRR16作为荚果开裂抗性的负调控因子。通过GmLRR16与先前报道的负调控因子Pdh1的相互作用，进一步阐明了其负调控机制。此外，在GmLRR16-Pdh1复合物中检测到21个氢键、7个盐桥和负结合自由能，表明这种相互作用是一个热力学上的自发结合过程。对GmLRR16的自然变异分析发现，其启动子区域存在一个与荚果开裂特性密切相关的SNP（A型抗性/T型敏感性），该SNP在野生大豆中的频率为61%，而在栽培大豆中仅为21%，这表明GmLRR16可能在大豆驯化过程中经历了人工选择。