我国南方春大豆种子田间劣变抗性的蛋白质基础与遗传分析

我国南方春大豆种子发育期间适逢高温高湿季节，种子田间劣变十分严重，这严重妨碍了该区域的春大豆生产和加工利用。本课题针对春大豆种子田间劣变抗性鉴定方法存在缺陷以及抗性分子机制研究缺乏的现状，在模拟田间高温高湿条件下，运用蛋白组学技术：①分析抗性与不抗种质种子在胁迫过程中蛋白质表达谱的差异，探明参与劣变和劣变抗性的关键蛋白类型、功能及其参与的代谢途径，明确它们是如何协同参与或防止种子劣变的过程，从而从蛋白水平阐明春大豆种子田间劣变与劣变抗性的分子机理；②找到与抗性(高活力)密切相关的恒表达蛋白作为标记，建立一套更简单经济的抗性鉴定方法；③探明抗性的遗传规律，并进而创制抗性新种质。本课题的实施对促进我国南方春大豆种子田间劣变抗性基础研究、新品种选育以及加工利用，缓解我国南方春大豆规模化生产中良种供应的质量问题，提升我国南方春大豆新品种市场竞争力，农业增效、农民增收、种企增益，都具有重要意义。

由于我国南方春大豆(特别是菜用型春大豆)种子在发育成熟过程中，常处于高温、多雨、高湿季节，再加上籽粒大，蛋白、脂肪和水分含量高，受环境因素的影响，春大豆种子在田间常易产生劣变，导致新收获种子发芽率低、活力下降、不耐贮藏、外观与营养品质变劣等；而种用大豆再经历一个高温夏季贮藏，如保藏不当，种子活力几乎完全丧失，导致其不宜在生产上种用。而选育田间劣变抗性春大豆品种一直被认为是解决我国南方春大豆种子田间劣变问题最经济、有效的途径之一。而培育种子田间劣变抗性春大豆品种的前提条件是筛选获得抗性种质及其抗性的分子机制。本研究以筛选获得的种子田间劣变抗性种质湘豆3号和不抗种质宁镇一号为材料，采用蛋白质组学技术，结合代谢组学、生理等技术初步揭示了高温高湿胁迫下春大豆种子田间劣变性与劣变抗性的蛋白质基础，鉴定出87个差异表达蛋白点，它们涉及信号(NO、Ca2+、ROS等)分子、光合作用、信号转导、碳素代谢、氮代谢、蛋白合成、细胞修复与防御、能量代谢、氨基酸合成、细胞周期、转录调控、蛋白折叠和组装、脂肪代谢等途径和细胞过程；在高温高湿胁迫下，每个种质中都存在提高种子田间劣变抗性的代谢途径和细胞过程，也存在促进种子田间劣变的代谢途径和细胞过程；某个种质是抗性种质还是不抗种质，取决于其上述两个方面的相互作用的结果；如果是前者在胁迫下逐渐占上风，则该种质即为抗性种质；如果后者逐渐占上风，则该种质即为不抗种质；这为春大豆种子田间劣变抗性品种的选育奠定了理论基础。从这些差异表达蛋白中，挑选了Homeobox protein SBH1、Calcium/calmodulin dependent protein kinase SK5和Sucrose-binding protein 3个作为标记候选蛋白，进一步作了基因克隆、表达分析和亚细胞定位，进一步表明它们皆响应高温高湿胁迫，但在抗性品种和不抗品种间不存在完全一致性，因而还需要验证它们作标记蛋白的可行性。从配置的杂交组合高世代材料中筛选获得种子田间劣变抗性材料5份，不抗种质2份，可作为未来的品系或杂交亲本。项目组参与选育的系列菜用春大豆品种近几年已累计推广1000万亩。初步提出了春大豆种子田间劣变的调控和抗性育种策略。