摘要：大豆富含油脂和蛋白质，是重要的粮食作物和经济作物。大豆油占全球油产量的一半以上，是食用油和工业油料的重要来源，具有不可忽视的经济价值。然而，大豆油脂的生物合成受到诸多因子的精细调控，尽管已有研究报道了一些在油脂积累过程中发挥作用的基因，但该领域的研究仍存在很大
大豆富含油脂和蛋白质，是重要的粮食作物和经济作物。大豆油占全球油产量的一半以上，是食用油和工业油料的重要来源，具有不可忽视的经济价值。然而，大豆油脂的生物合成受到诸多因子的精细调控，尽管已有研究报道了一些在油脂积累过程中发挥作用的基因，但该领域的研究仍存在很大空白。
2025年9月4日，中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松团队在国际期刊PlantBiotechnology Journal上在线发表了题为Transcription factor GmERFA interacts with GmNFYA and acts as a negative regulator of seed fatty acid accumulation in soybean的研究论文（DOI:10.1111/pbi.70348）。该研究鉴定到一个“油分刹车”基因GmERFA，揭示了一个新的油脂调控分子网络：GmERFA-GmNFYA-GmbZIP123/GmZF392，该网络通过整合多维调控机制（转录调控和蛋白质相互作用网络），解释了大豆油脂含量自然变异的原因，并加深了对不同油分调控因子之间相互关系的理解。
研究人员通过对来自不同区域的大豆品种的转录组数据进行油分关联分析，同时结合对油分正调控因子GmNFYA互作蛋白筛选实验，鉴定到一个AP2/ERF类的转录因子GmERFA，该蛋白定位于细胞核，具有转录抑制活性。在大豆中过量表达GmERFA，显著降低了种子大小/粒重和油分含量，提高了蛋白质含量。研究人员进一步利用基因编辑技术创制了该基因及其同源基因的双突变体材料，且三个双突变体株系产生的种子更大，更重，油分含量更高，蛋白含量较低。
在GmERFA-GmNFYA-GmbZIP123/GmZF392调控网络中，GmERFA可通过与GmNFYA相互作用干扰其对下游基因GmbZIP123和GmZF392转录激活能力，抑制大豆种子中油分的积累。GmbZIP123和GmZF392是该课题组前期鉴定的大豆油脂正调控转录因子。另一方面，GmERFA可直接抑制GmbZIP123和GmZF392的表达，负调控大豆种子油脂的合成。在大豆种子发育过程中，油脂积累始于早期，并在中期达到高峰，后期呈现下降趋势。有趣的是，GmERFA在种子发育后期阶段的表达量急剧上升，其分子功能如同一种“刹车机制”，在种子发育后期抑制油脂的生物合成。GmERFA对油脂合成的抑制有助于后期其它贮藏物质的积累。
该研究鉴定的调控网络可以调控大豆种子发育过程中葡萄糖、油脂和蛋白质等能源物质的平衡分配与选择利用。葡萄糖作为关键前体物质，是油脂和蛋白质生物合成的基础。GmERFA过表达大豆种子的可溶性糖含量显著下降，而gmerfa/b突变体种子的可溶性糖含量显著上升。进一步研究发现，GmERFA可通过直接抑制GmSWEET10a/10b和GmENO2的表达靶向糖转运和糖酵解途径，有效地减少碳源的供应，进而抑制油脂的积累。
由于油分与蛋白质含量之间存在负相关关系，通过提高GmERFA的表达水平来抑制油分的生物合成，可以调整油分与蛋白质的相对比例。因此，GmERFA可作为大豆育种过程中开发不同油分和蛋白质含量品种的关键靶标。预计到2050年，全球植物油需求将翻一番，该研究发现的分子网络GmERFA-GmNFYA-GmbZIP123/GmZF392为高油大豆品种选育工作提供了关键的遗传理论基础与育种创新策略。
张劲松研究员团队在早期也鉴定到一些油脂调控的转录因子，包括正调控因子GmDOF4/11，GmbZIP123，GmMYB73，GmDREBL，GmNFYA，GmZF351和GmZF392，以及本研究中的负调控因子GmERFA。目前还不清楚大豆为什么需要多种因子来控制油脂，研究人员推测这些调控因子可能在不同的阶段或过程中单独或组合起作用，以实现适当的“源-库分配”和合适的“油脂/蛋白质水平”，以产生适合在环境中生存且易于繁殖的优良大豆种质。
中国科学院遗传发育所博士生刘悦和已毕业博士胡杨为论文第一作者，张劲松研究员为通讯作者，韦伟助理研究员，张万科副研究员和已毕业博士胡杨为共同通讯作者。陈受宜研究员，陶建军助理研究员和阴翠翠副研究员对该研究提供了重要指导和帮助。张凤霞老师和王国栋研究员对该研究提供了重要技术支持。黑龙江省农科院李炜研究员，毕影东研究员，来永才研究员和安徽省农业科学院周斌研究员以及南京农业大学喻德跃教授也参与了该项工作。该研究得到了中国“科技创新2030”重大专项，国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。
来源：小齐讲科学