研究人员发现钼酸转运蛋白基因可提高大豆产量

在《当代生物学》杂志上发表的一项研究中，研究人员报告了控制大豆芽中钼浓度的关键基因的鉴定，并解开了钼肥如何提高大豆产量的谜团。

钼是植物生长不可缺少的微量元素。对于豆科植物尤其是大豆来说，钼肥尤为重要。通常认为豆科植物对钼的高需求与共生固氮所需的大量钼有关。然而，这一假设似乎与叶面钼肥的实际应用相矛盾，因为根瘤固氮发生在根部。

大豆是膳食蛋白质和油最重要的植物来源，这使得大豆对全球粮食安全和人类健康至关重要。尽管大豆很重要，但科学家此前并不清楚不同的大豆品种在钼利用率方面是否表现出自然差异，如果存在，这种潜在的差异可能如何影响大豆生产以及如何利用这些差异。

中国科学院分子植物科学卓越中心晁代银课题组和中国科学院遗传与发育生物学研究所田志熙课题组目前的研究有助于回答这些问题。

通过全基因组关联研究和离子组学，研究人员确定了两个基因GmMOT1.1和GmMOT1.2，它们控制大豆中钼酸盐吸收和运输的自然变化。

通过进一步分析，他们揭示了大豆品种中GmMOT1.1和GmMOT1.2的5个主要单倍型，其中单倍型5表现出最高的表达和钼转运能力，而单倍型4表现出最低的表达和转运能力。随后一系列的遗传和分子实验表明，GmMOT1.1和GmMOT1.2参与根部对钼酸盐的吸收以及钼酸盐从根到茎的运输。

研究人员还观察到，当GmMOT1.1和GmMOT1.2的功能受损时，大豆的钼含量和产量均显着下降。相反，增强它们的功能可以显着提高钼的利用率和大豆产量。

有趣的是，研究人员发现GmMOT1.1和GmMOT1.2不会影响大豆根瘤的固氮能力或其他氮同化过程。他们在大豆叶中发现了一种与钼结合的醛氧化酶，可以催化生长素的合成，其催化活性取决于钼含量。

当GmMOT1.1和GmMOT1.2的功能增强时，叶片钼浓度增加，促进生长素合成和叶片生长，最终提高大豆产量。这一结果完美地解释了为什么直接在叶子上喷洒钼肥可以提高农业中大豆的产量。

此外，研究人员发现这两个基因不同单倍型的分布与土壤pH值密切相关。功能亢进的单倍型主要分布在酸性、低钼土壤地区，而功能低下的单倍型往往出现在碱性、高钼土壤地区。这一结果表明，这两个基因可用于设计分子标记，以培育适应不同土壤pH水平的定制大豆品种。

该研究揭示了大豆中钼含量自然变化的遗传基础，揭示了叶面钼肥促进豆类作物大豆产量的机制，并根据土壤pH值确定了定制大豆育种的分子标记。总而言之，为进一步优化大豆种植和育种策略，培育营养高效型大豆品种提供了强有力的科学依据。

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