控制大豆种子大小基因的分离和功能分析

种子的大小是影响作物产量的主要因素之一。由于大豆基因组复杂，控制其种子大小基因的分离工作进展缓慢，开展此方面的研究工作将为进一步认识大豆种子发育和形成的机制提供依据。本项目将从已经筛选到的影响大豆种子大小的突变体中克隆控制种子大小的新基因SMS1；明确大豆中GmKLU基因家族的不同成员和已在模式植物中证实的控制种子大小关键途径相关基因在控制大豆种子大小中的作用；确定调控大豆种子大小的遗传发育途径。上述研究将为大豆种子大小的改良奠定分子理论基础，具有较好的应用潜力。

作物的种子大小与作物的产量及品质密切相关，研究种子大小形成的分子机制对于掌握种子遗传发育机制具有重要的意义。本研究通过分析大豆中CYP78A基因家族不同成员在大豆种子发育中作用，揭示了GmCYP78A72在控制种子大小中的作用机制；同时，克隆了控制种子大小的新基因SP1，首次证明荚皮和荚粒的协调发育在大豆种子大小调控中的作用，为大豆的分子设计研究提供了基因资源和理论指导。.CYP78A基因家族在植物器官发育中起着重要的调控作用。通过分析CYP78A基因家族成员的进化关系和基因表达模式，确定了大豆的GmCYP78A72 (Gm19g42940)为控制种子大小的KLU基因的同源基因。GmCYP78A72过度表达不仅可以使大豆的种子大小增加，而且其在拟南芥中异源表达可以产生增大的萼片、花瓣、种子和心皮，因此该基因是一个理想的可用于增加植物种子大小的候选基因。通过反义转基因技术沉默GmCYP78A72的表达不能使大豆的籽粒变小，但同时沉默GmCYP78A57，GmCYP78A70 和GmCYP78A72 三个基因可以使大豆的籽粒变小，说明这些基因的功能具有冗余性。相关研究工作已在Plant Molecular Biology杂志上发表。.sp1( small pod1)突变体为种子变小的大豆单基因显性突变体，又名sms1(samll seed1)。通过将突变体与野生型之间进行互交分析证实，sp1较小的种子是由于母体的荚皮较小阻碍种子的正常生长。通过图位克隆，最终将sp1突变体的突变位点定位到大豆2号染色体29Kb的区间范围内，对该区域进行基因组测序，确定了sp1突变体的突变体位点所在的基因。SP1基因属于Aux/IAA基因家族，SP1基因特异的在种皮中表达而不在种子中表达。在sp1突变体中，SP1基因发生了单个碱基的替换而影响了氨基酸的编码，从而影响了蛋白质结构的稳定性，导致了Aux/IAA蛋白不能够正常的降解，持续地与ARF结合，从而影响了生长相关基因的表达，使得sp1突变体的豆荚不能正常的增大，限制了籽粒的生长，获得较小的种子。该项工作首次揭示了大豆荚皮与种子协同发育的机制，相关研究工作已投稿。