国家大豆改良中心盖钧镒院士和许冬清教授团队解析光信号转导调控大豆异黄酮生物合成的作用机制

        南京农业大学国家大豆改良中心盖钧镒院士团队和许冬清教授合作研究揭示光信号转导通过GmSTFs-GmBBX4负反馈回路调控大豆种子中异黄酮生物合成和积累的作用机制。结合遗传学、生理学和分子生物学等实验证明：UV-A和蓝光受体GmCRY1s、GmCRY2s、GmPHOT1s、GmPHOT2s以及转录因子GmSTFs促进大豆异黄酮的生物合成，而E3泛素连接酶GmCOP1b负调控大豆异黄酮的积累。GmPHOT1s和GmPHOT2s正调控GmSTFs的蛋白丰度，而GmCOP1b负调控GmSTFs的蛋白积累。通过RNA-seq实验发现GmSTFs调控了大豆中约27.9%异黄酮生物合成相关基因的转录表达。苯丙氨酸解氨酶是异黄酮生物合成途径的关键限速酶之一，而糖基转移酶催化游离型的异黄酮苷元转化为结合型的异黄酮糖苷。生化分析表明，GmSTFs直接结合苯丙氨酸解氨酶GmPAL2.1、GmPAL2.3和糖基转移酶GmUGT2等异黄酮合成相关基因的启动子区域，促进其转录表达。B-box蛋白GmBBX4负调控大豆种子异黄酮的生物合成和积累。在转录水平上，GmSTFs直接结合在GmBBX4的启动子上，进而负调控其转录水平。在蛋白水平上，GmBBX4与GmSTFs相互作用，并抑制GmSTFs对异黄酮合成相关靶基因的转录激活能力。因此，GmSTFs作用于光受体的下游，与GmBBX4形成负反馈回路，共同调节大豆种子中异黄酮的生物合成和积累。该研究为培育高异黄酮含量的大豆新品种（系）提供了重要的理论基础、种质和基因资源。相关研究成果发表于《Plant Communications》。