野生大豆/栽培大豆胚胎发生的比较研究及其重要经济性状的分子调控机制探讨

The Chinese soybean industry is facing a serious challenge. Dominated the high-end market with high protein soybean produced by our peculiar germplasm resources is a direction to recuse our soybean industry. The seed size is also a key question in soybean breeding. Wild soybean has small seeds and high protein content compared with cultivated soybean. They are not only the important germplasm resources, but also is the special material to study the regulation mechanism of some economic characters, for instance, the seed size and the protein content. Embryo is the important structure of soybean seeds and protein storage site. This project will compare the embryogenesis process and transcription profiles between wild and cultivated soybean to get the critical development step and the regulation pathway which decide the embryo size and the protein content. We will take the unique advance of both in vitro and in vivo experiment systems to process our project and validate the reliability of and the regulation pathways of the development step，and finally supply the theory and the technology approach for soybean breeding.

目前我国大豆产业面临严重挑战，充分利用我国特有种质资源，育出高蛋白大豆，占领国内外高端市场是大豆育种的一个发展方向。大豆籽粒大小也是育种中广泛关注的关键性问题。野生大豆比栽培大豆籽粒小、蛋白含量高，既是宝贵的种质资源也是探讨籽粒大小、蛋白含量等重要经济性状调控分子机制的独特材料。胚胎是大豆种子的主要结构，也是蛋白的主要贮藏场所。本项目拟通过系统的野生大豆与栽培大豆胚胎发生过程的比较研究及基因表达谱分析，寻找决定胚胎大小和蛋白含量的关键发育环节以及调控这些环节的主要调控途径。利用体内、体外胚胎发生两种试验系统各自的优势验证这些发育环节和调控途径的可靠性，以期为大豆定向育种提供理论依据与技术途径。

本研究首次建立了大豆胚胎分离技术，并采用国际先进的少量细胞RNA-seq，实时定量PCR对于大豆不同7个不同发育时期的胚胎表达模式进行了深入详细的分析，特别是与 储存蛋白质合成相关、脂质合成相关以及生长素相关的基因。发现在子叶胚早期脂质合成相关基因表达量最高，干种子时期储藏蛋白相关的基因依然表达旺盛，这对于农业生产具有指导意义。我们还在表达谱中找到了一些新的可能与籽粒大小相关的基因。利用切片技术对于野生大豆和栽培大豆的胚胎发育比较的过程中发现，在两者出现显著形态差异的时期，生长素相关基因，特别是生长素极性运输相关的GmPIN基因的表达出现了分化。所以我们对于野生大豆和栽培大豆23个GmPIN相关基因进化以及GmPIN基因在大豆九个组织部位的表达模式进行了详细分析。