大豆富含优质的植物蛋白，同时也是食用植物油和工业用油的重要来源。我国大豆需求量巨大，但大豆种植规模有限，单产较低，已成为粮食安全的短板。2024年中央一号文件提出，巩固大豆扩种成果，支持发展高油高产大豆品种。大豆产量受多种遗传因素和环境因素调控。大豆根系生长和根系统结构的构建对大豆植株的水肥吸收、生长发育、抗逆以及最终的产量形成均有重要影响。大豆属于直根系作物，其主根的伸长生长在根系统结构形成中扮演重要角色。解析大豆主根生长的分子遗传基础、发掘主效遗传位点和关键基因，对大豆高产抗逆育种具有重要意义。
近日，广东省科学院南繁种业研究所王振宇教授团队通过对大豆自然群体324份材料开展大豆幼苗期主根长性状调查，结合群体测序发掘的SNP数据，利用全基因组关联分析（GWAS）等方法，发掘调控大豆主根长度的遗传位点（QTL）和目标基因。此研究共发掘到3个主效QTL包含8个SNP与大豆主根长显著关联，且为新报道的遗传位点。对其中2号染色体上的主效位点进一步分析，发掘GmGA20ox1（Gibberellin 20 oxidase 1-like）为最终目标基因，且其编码区的非同义突变与大豆主根长显著关联，可作为重要的自然变异用于分子育种研究。基于GmGA20ox1基因内部和启动子的自然变异，共有11个GmGA20ox1单倍型被发现。其中携带优异单倍型Hap3的大豆表现出最长的平均主根长，且Hap3在亚群中的占比从野生豆（10.5%）到地方品种（45.2%）到育成品种（55.5%）逐步增加，暗示其在大豆驯化和改良中受到选择。
进一步研究发现，GmGA20ox1在进化中表现出保守性，且在携带优异单倍型Hap3的大豆品种中GmGA20ox1的表达水平更高。通过基因组数据对GmGA20ox1及其上下游区间进行遗传多样性与分子进化分析，发现GmGA20ox1处于大豆基因组的选择性清除区域，表明其在大豆驯化改良过程中被强烈选择，GmGA20ox1的优异单倍型可能已经被应用到大豆育种中。
图1 GmGA20ox1的发掘及其单倍型分析
该研究旨在发掘调控大豆主根伸长生长的主效遗传位点和关键基因，为大豆高产抗逆育种提供基因资源和探索思路。相关研究成果发表于Industrial Crops & Products（国际农林科学一区Top期刊），广东省科学院南繁种业研究所李阳博士和顾进宝博士为论文第一作者，王振宇教授为论文通讯作者。广州大学孔凡江教授为此研究提供了宝贵种质资源。该研究得到了广东省科学院发展专项、广东省基础与应用基础研究基金和湛江市基础研究等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118814.
供稿：省科学院南繁种业所
撰稿：李阳
审稿：黄丹 王勤南 朱洁
校稿：徐超 肖捷 章震
附件下载：
