高油高产的大豆新基因型学者开发

近日，在国家重点R&D计划、国家自然科学基金等项目的支持下，广州大学教授关跃峰团队与合作伙伴开发了GmSWEET10b优秀基因型，通过AI引导的蛋白质设计与基因编辑相结合，提高了自然界不存在的糖转运能力。然后，在多年的田地试验中，主要大豆品种的含油量稳步提高。相关成果在网上发表于《先进科学》(Advanced Science)。

培育高油高产的大豆是解决我国大豆产业“卡脖子”问题，建立粮食安全基础的战略需求。目前主流的分子育种策略侧重于探索关键基因的自然变异，但基因组中的大量重要功能点尚未形成可利用的优良等位基因，是突破品种改良天花板的瓶颈之一。GmSWEET10a和GmSWEET1010b2个同源蛋白，以调节大豆含油量和子粒大小为例，可以驱动种皮向胚胎的糖分运输，从而增加子粒大小和油分积累。

但是，GmSWEET10a的优秀等位基因在高油种质中几乎是固定的，但是同源基因GmSWEET10b在自然人群中一直缺乏有益的变异，从而限制了大豆含油量的进一步提高。AI驱动的蛋白质设计与基因编辑相结合，有望从零开始改善蛋白质功能，从而改善遗传特性，但这一概念尚未在高等生物改良中得到。

通过AlphaFold的预测，这项研究发现，GmSWEET10a的C端变异可以增强或削弱其转运活性。GmSWEET10a在AlphaFold的指导下，通过基因编辑提高了其含油率。此外，还开发了一种新型的GmSWEET10b单倍型，这种型号在自然界中是不存在的，其糖转运能力可以定向增强或削弱。经多年的田间试验验证实，研制出来在不降低产量的情况下，GmSWEET10b基因编辑大豆的含油量或蛋白质含量稳步增加(在一些实验中略有增加)。通过AlphaFold指导的定制基因编辑技术，大豆的油脂和蛋白质含量有望成为提高大豆质量的有效途径，对于打好大豆种业翻身仗具有重要意义。