α/β-水解酶GmABHD6调控大豆的种子油含量和产量

《Plant Biotechnology Journal》：An α/β-Hydrolase GmABHD6 Controls Seed Oil Content and Yield in Soybean

大豆种子油含量调控基因GmABHD6的鉴定及功能研究。通过染色体片段置换群体（CSSL）精细定位qOC16-1 QTL，发现GmABHD6（编码单酰甘油酯脂酶）为关键基因。CRISPR敲除导致油含量增加8%，过表达则降低2.6%，并伴随蛋白含量变化及种子大小改变。GmERF转录因子直接结合GmABHD6启动子调控其表达，且该基因在驯化过程中被正向选择。

　　大豆（*Glycine max*）作为一种重要的经济作物，其种子中的油脂含量是影响其产量和营养价值的关键性状。然而，尽管已有大量关于大豆油脂含量的研究，其遗传基础仍未完全明确。本研究通过精细定位，发现一个名为 *GmABHD6* 的基因是控制第16号染色体上一个主要数量性状位点（QTL）的关键基因。这一发现不仅揭示了 *GmABHD6* 在调控大豆种子油脂含量中的重要作用，还进一步表明该基因在种子组成和产量性状中具有广泛的调控效应，为大豆遗传改良提供了新的思路和资源。

*GmABHD6* 是 α/β-水解酶结构域基因家族的一员，该家族在脂质代谢中发挥着关键作用，包括酯酶、硫酯酶、脂肪酶、蛋白酶等。在哺乳动物中，ABHD6 被广泛研究，其主要功能是水解单酰甘油（MAG）为甘油和游离脂肪酸（FFA），从而影响脂质代谢和能量利用。然而，*GmABHD6* 在植物中的具体功能尚未得到充分阐明。本研究通过构建染色体片段替换系（CSSL）群体，结合分子标记和基因编辑技术，成功地将 *qOC16-1* 这一油脂含量 QTL 定位到一个仅 150 kb 的区间内，并进一步确认 *GmABHD6* 是该位点的候选基因。

通过比较 *GmABHD6* 在两个亲本（SN14 和 ZYD00006）中的序列差异，研究人员发现该基因存在多个非同义单核苷酸多态性（SNPs），这些 SNPs 定义了两种不同的等位基因：Hap1（与高油脂含量相关）和 Hap2（与低油脂含量相关）。Hap1 在中国北方的栽培品种中出现频率显著高于南方，这表明在大豆驯化过程中，高油脂等位基因可能受到人工选择的青睐，从而在栽培品种中广泛分布。此外，对 *GmABHD6* 基因的转基因分析显示，该基因的过表达会显著降低种子油脂含量，而敲除该基因则会增加油脂积累，同时影响蛋白质含量、种子大小和千粒重等性状，说明其具有多效性。

进一步的功能分析表明，*GmABHD6* 在调控脂质代谢过程中起着关键作用。在转基因实验中，*abhd6-ko* 突变体种子中观察到油脂含量增加、蛋白质含量减少，且油体数量和大小显著增加，而 *ABHD6-OE* 过表达株系则表现出相反的趋势。这说明 *GmABHD6* 的缺失会促进油脂的积累，而其过表达则会抑制这一过程，表明该基因在调控油脂代谢中起着负向调节的作用。同时，脂质代谢组学分析显示，*GmABHD6* 缺失的种子中，甘油三酯（TAG）和二酰甘油（DAG）水平显著上升，而单酰甘油（MAG）和 FFA 水平下降，这种变化可能与脂质代谢通路的调控有关。

在转录组分析中，研究人员发现 *GmABHD6* 的表达会影响多个与脂质和氨基酸代谢相关的基因。例如，它能够调节脂肪酸合成和分解过程中的关键酶，包括脂肪酸合成酶（FAS）、脂肪酸去饱和酶（FAD2）和脂肪酸激活酶（ACS）。这些基因的表达变化可能与 *GmABHD6* 对碳流的调控有关，从而影响油脂和蛋白质的合成平衡。此外，*GmABHD6* 还与一些调控植物生长和产量的基因存在相互作用，这表明其不仅影响种子的代谢过程，还可能通过调控植物整体生长特性来间接影响产量。

为了进一步揭示 *GmABHD6* 的调控机制，研究人员还探讨了其上游转录因子的调控作用。通过双荧光素酶报告基因实验（Dual-LUC）和酵母单杂交实验（Y1H），他们发现 ERF 转录因子能够直接结合 *GmABHD6* 的启动子区域，并抑制其表达。这一发现表明，*GmABHD6* 的表达受到 ERF 的调控，而 ERF 的表达可能受到环境因素和发育阶段的影响。这种调控机制为理解大豆种子油脂含量的遗传基础提供了新的视角。

此外，研究人员还对 *GmABHD6* 的自然变异进行了分析，发现该基因在野生大豆中具有较高的遗传多样性，而在栽培品种中则表现出显著的正向选择信号。这说明在大豆驯化过程中，高油脂等位基因可能被人工选择所增强，从而在现代栽培品种中更常见。这种选择趋势不仅与油脂含量相关，还可能影响其他重要的农艺性状，如种子大小和千粒重。这些发现表明，*GmABHD6* 不仅是调控油脂含量的关键基因，还可能在大豆品种改良中发挥重要作用。

本研究还探讨了 *GmABHD6* 在大豆种子发育中的具体作用。通过透射电镜（TEM）观察，研究人员发现 *abhd6-ko* 突变体种子中的油体数量和大小显著增加，而 *ABHD6-OE* 过表达株系则表现出相反的特征。这表明 *GmABHD6* 在种子油脂积累过程中具有重要的调控作用。同时，该基因的表达还可能影响植物的其他生理特性，如株高、分枝数和种子产量，这些发现为大豆育种提供了新的方向。

从应用角度来看，*GmABHD6* 的功能特性使其成为大豆高油脂品种改良的重要目标。通过基因编辑技术，研究人员能够精准地调控该基因的表达，从而在不破坏其他关键性状的情况下提高油脂含量。此外，该基因的等位基因多样性也为不同地区的品种改良提供了可能。例如，北方栽培品种中 Hap1 等位基因的频率较高，这可能意味着该基因在提高油脂含量方面具有更大的潜力。因此，未来的研究可以进一步探索 *GmABHD6* 在不同环境条件下的表达模式，并结合基因编辑技术开发具有高油脂含量和高产量的新型大豆品种。

本研究的成果不仅有助于理解大豆种子油脂代谢的遗传调控机制，还为大豆育种提供了新的基因资源。通过结合分子标记辅助选择（MAS）和基因编辑技术，研究人员能够更有效地筛选和改良具有高油脂含量的品种，从而满足全球对植物油脂和蛋白质的需求。此外，*GmABHD6* 的功能研究还揭示了其在植物生长和种子代谢之间的复杂调控网络，这为进一步解析大豆种子品质的遗传基础提供了重要的理论依据。

总的来说，本研究通过系统分析 *GmABHD6* 的功能和遗传特性，不仅明确了其在调控大豆种子油脂含量中的关键作用，还揭示了其在植物生长和产量性状中的多效性。这些发现为未来的大豆遗传改良提供了新的工具和思路，有助于培育更高油脂含量、更优种子品质的品种，从而提升大豆的经济价值和营养价值。