大豆是重要的粮食作物和经济作物，其种子中含有丰富的蛋白质和油脂，与动物蛋白相比，大豆种子蛋白质具有更高的营养价值、更低的成本和更丰富的功能成分，在粮食供给、食品工业和禽畜饲料处于重要地位，其中豆粕在饲料蛋白中的占比达到80%以上。目前大豆种子蛋白质积累的分子机制的研究具有一定进展，但是近些年大豆育种的主要目标为提升产量，蛋白质含量总体上呈现下滑趋势。这为培育高蛋白的优质大豆品种带来了很大的挑战。与动物细胞不同，植物细胞被细胞壁包围，从而影响植物细胞的分裂和伸长。细胞壁可以决定细胞和组织形态，并且营养成分可以推动植物的生长发育，所以细胞壁的结构变化也会引起植物营养物质的累积和分配效率，越来越多基因表达模式表明，细胞壁组分的有益调整会促进植物细胞营养的主动获得，但其在大豆籽粒发育过程中如何影响品质的研究报道较少。
Plant, Cell & Environment近日在线发表了东北农业大学农学院大豆遗传改良团队题为“Transcriptional and Metabolomic Analyses Reveal That GmESR1 Increases Soybean Seed Protein Content Through the Phenylpropanoid Biosynthesis Pathway”（https://doi.org/10.1111/pce.15250）的研究论文。介绍了利用转录组和代谢组联合分析解析过表达GmESR1显著提高大豆籽粒蛋白质含量的研究结果。
研究团队基于前期鉴定了一个EREBP型转录因子GmESR1（Enhancer of Shoot Regeneration），过表达GmESR1后会显著提高籽粒蛋白质含量，而对油分含量无影响。通过扫描电镜分析发现GmESR1会显著提升蛋白质体（SSP）的大小。通过转录组和代谢组学联合分析发现，在子粒mm时期鉴定到了95个差异表达基因（DEG）和83个差异代谢物（DAM）。通过联合分析和生理指标检测发现，过表达GmESR1通过苯丙烷生物合成途径，抑制木质素、纤维素、半纤维素和果胶的生物合成，从而使细胞内的生物量进行再分配。同时发现在子粒发育过程中GmESR1与AATATTATCATTAAGTACGGAC基序结合，并抑制GmCCR的转录。此外过表达GmESR1会提高子粒发育时期的蔗糖转运marker基因的表达量，提高蔗糖的转运速率。本研究为了解GmESR1提高大豆籽粒蛋白质含量的基因功能以及大豆籽粒蛋白质积累过程中的作用机制提供了新的见解，有助于加快高蛋白大豆分子辅助育种的进程。
东北农业大学已毕业博士研究生周润南、博士研究生王思慧和博士后李建伟为该论文的第一作者，陈庆山教授、武小霞研究员、赵莹副教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目 (2021YFD1201104-02-02, 2021YFF1001202)、黑龙江省自然科学基金项目（TD2022C003, YQ2022C010）和国家自然科学基金项目（U20A2027, U23A201783, 32272093, 32272072）的资助。
过表达GmESR1提高大豆籽粒蛋白质含量的作用机制
来源：东北农业大学
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