研究人員發(fā)現(xiàn)鉬酸轉運蛋白基因可提高大豆產(chǎn)量

在《當代生物學》雜志上發(fā)表的一項研究中，研究人員報告了控制大豆芽中鉬濃度的關鍵基因的鑒定，并解開了鉬肥如何提高大豆產(chǎn)量的謎團。

鉬是植物生長不可缺少的微量元素。對于豆科植物尤其是大豆來說，鉬肥尤為重要。通常認為豆科植物對鉬的高需求與共生固氮所需的大量鉬有關。然而，這一假設似乎與葉面鉬肥的實際應用相矛盾，因為根瘤固氮發(fā)生在根部。

大豆是膳食蛋白質(zhì)和油最重要的植物來源，這使得大豆對全球糧食安全和人類健康至關重要。盡管大豆很重要，但科學家此前并不清楚不同的大豆品種在鉬利用率方面是否表現(xiàn)出自然差異，如果存在，這種潛在的差異可能如何影響大豆生產(chǎn)以及如何利用這些差異。

中國科學院分子植物科學卓越中心晁代銀課題組和中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所田志熙課題組目前的研究有助于回答這些問題。

通過全基因組關聯(lián)研究和離子組學，研究人員確定了兩個基因GmMOT1.1和GmMOT1.2，它們控制大豆中鉬酸鹽吸收和運輸?shù)淖匀蛔兓?/p>

通過進一步分析，他們揭示了大豆品種中GmMOT1.1和GmMOT1.2的5個主要單倍型，其中單倍型5表現(xiàn)出最高的表達和鉬轉運能力，而單倍型4表現(xiàn)出最低的表達和轉運能力。隨后一系列的遺傳和分子實驗表明，GmMOT1.1和GmMOT1.2參與根部對鉬酸鹽的吸收以及鉬酸鹽從根到莖的運輸。

研究人員還觀察到，當GmMOT1.1和GmMOT1.2的功能受損時，大豆的鉬含量和產(chǎn)量均顯著下降。相反，增強它們的功能可以顯著提高鉬的利用率和大豆產(chǎn)量。

有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)GmMOT1.1和GmMOT1.2不會影響大豆根瘤的固氮能力或其他氮同化過程。他們在大豆葉中發(fā)現(xiàn)了一種與鉬結合的醛氧化酶，可以催化生長素的合成，其催化活性取決于鉬含量。

當GmMOT1.1和GmMOT1.2的功能增強時，葉片鉬濃度增加，促進生長素合成和葉片生長，最終提高大豆產(chǎn)量。這一結果完美地解釋了為什么直接在葉子上噴灑鉬肥可以提高農(nóng)業(yè)中大豆的產(chǎn)量。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)這兩個基因不同單倍型的分布與土壤pH值密切相關。功能亢進的單倍型主要分布在酸性、低鉬土壤地區(qū)，而功能低下的單倍型往往出現(xiàn)在堿性、高鉬土壤地區(qū)。這一結果表明，這兩個基因可用于設計分子標記，以培育適應不同土壤pH水平的定制大豆品種。

該研究揭示了大豆中鉬含量自然變化的遺傳基礎，揭示了葉面鉬肥促進豆類作物大豆產(chǎn)量的機制，并根據(jù)土壤pH值確定了定制大豆育種的分子標記?？偠灾?，為進一步優(yōu)化大豆種植和育種策略，培育營養(yǎng)高效型大豆品種提供了強有力的科學依據(jù)。

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