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为探究大豆种子重量调控机制，研究人员对自发浅绿色叶突变体 ygl2 展开研究。克隆出编码光敏色素胆绿素（PΦB）合酶的 YGL2 基因，发现其 10-bp 缺失致功能丧失，使种子增重、蛋白含量提高且早熟。该成果为大豆育种提供新靶点。
论文解读
大豆作为全球重要的经济作物，其种子重量和蛋白质含量是影响产量和品质的关键农艺性状。然而，目前关于大豆种子大小调控的遗传机制尚不完全明确，且在高纬度地区，如何培育兼具大粒和高蛋白特性的品种仍是育种难题。此外，光信号调控与种子发育的关联在大豆中研究较少，限制了通过分子设计改良相关性状的进程。为解决这些问题，东北农业大学、中国农业科学院作物科学研究所等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》。
研究人员以自发突变体 ygl2 为材料，该突变体表现为黄绿色叶片，通过图位克隆和 CRISPR/Cas9 基因编辑技术，确定 YGL2 基因（编码光敏色素胆绿素合酶）的 10-bp 缺失是导致其表型的关键。研究发现，YGL2 功能缺失不仅促进种子细胞伸长、增加百粒重，还能提高种子蛋白质含量并缩短生育期，为大豆育种提供了新的遗传靶点。
主要技术方法
- 图位克隆与基因编辑：利用 F2 群体将 YGL2 定位至染色体 2 的 56.1 kb 区域，通过 CRISPR/Cas9 在 Jack 品种中创制 YGL2 突变体，验证其功能。
- 生理与分子检测：运用靶向代谢组学（LC-QQQ-MS）测定叶绿素、胆绿素（BV）、血红素等含量，通过透射电镜观察叶绿体超微结构。
- 基因表达分析：采用 RT-qPCR 和 RNA-seq 技术检测光周期敏感基因（E1、FT2a、FT5a）及光合作用相关基因的表达变化。
- 蛋白互作研究：通过酵母双杂交、双分子荧光互补（BiFC）和荧光素酶互补成像（LCI）验证 YGL2 与 Lhcb4 的相互作用。
研究结果
1. ygl2 突变体的表型特征
与野生型相比，ygl2 百粒重、种子长度和宽度显著增加，种子增大归因于细胞纵向伸长。突变体叶片呈黄绿色，叶绿体结构异常，基粒少且形态不规则，叶绿素 a/b 比值升高，总叶绿素、叶绿素 a 和 b 含量显著降低，但类胡萝卜素含量无显著差异。此外，ygl2 在长日照（LD）条件下开花时间比野生型早 8 天，且蛋白质含量提高 4.65%。
2. YGL2 基因的克隆与功能验证
通过图位克隆确定 YGL2（Glyma.02g304700）为目标基因，其突变导致编码蛋白截短（98 个氨基酸，野生型为 329 个氨基酸）。CRISPR/Cas9 编辑获得的突变体表现出与 ygl2 相似的表型，证实 YGL2 功能缺失是种子增大和高蛋白的原因。突变体中胆绿素 IXa 和血红素含量降低，表明 PΦB 合酶活性丧失。
3. 光周期敏感性与基因表达分析
RNA-seq 显示，ygl2 中光合作用相关基因（如 Lhcb4）表达下调。光周期敏感基因 E1、FT2a、FT5a 在突变体中的表达水平显著低于野生型，且 YGL2 表达在野生型中受昼夜节律调控，而在突变体中无明显规律，表明突变体光周期敏感性降低。
4. 蛋白互作与进化分析
YGL2 与光系统 II（PSII）的叶绿素 a/b 结合蛋白 Lhcb4 存在互作，而突变体蛋白无法与 Lhcb4 结合。对 2533 份大豆种质的单倍型分析显示，Hap2 单倍型与百粒重显著相关，且在驯化过程中被选择，表明 YGL2 等位基因在大豆改良中具有重要作用。
研究结论与意义
本研究揭示了光敏色素胆绿素合酶基因 YGL2 在大豆种子发育中的关键作用，其功能缺失通过促进细胞伸长增加种子重量，同时提高蛋白质含量并缩短生育期。研究还发现 YGL2 与 Lhcb4 的互作可能参与光信号调控种子发育的分子机制，为解析大豆种子大小和光周期响应的关联提供了新视角。此外，YGL2 单倍型在驯化中的选择模式表明，该基因是大豆育种的重要靶点，尤其在高纬度地区培育大粒高蛋白品种中具有应用潜力。该研究不仅丰富了大豆功能基因组学知识，还为分子设计育种提供了新资源，有望推动大豆产量和品质的协同提升。
