国内研究团队借基因编辑精准改良根瘤，大豆产量可提升10-20%以上

世界农化网中文网报道： 2024年5月，广州大学生命科学学院关跃峰团队与孔凡江团队在Nature Plants中发表一项题为″Genetically optimising soybean nodulation improves yield and protein content″的研究论文。该研究通过基因编辑精准调控根瘤数量，实现碳氮平衡的高效固氮，从而在大田种植条件下大幅提高大豆产量和蛋白含量。该研究由此提出″优化结瘤固氮促进高产优质″的精准育种新思路。

我国大豆80%以上依赖进口，造成供需矛盾的重要因素之一，是中国大豆单产水平与美国、巴西等主产国有较大差距。培育高产高油高蛋白且环境友好的大豆新品种，是保障粮食安全的重要途径。大豆育种中，产量和蛋白质存在难以克服的负相关性，过去以产量为目标的大豆育种往往导致蛋白质含量显著下降，成为困扰高产高蛋白高油大豆育种的瓶颈。与此同时，大豆能通过结瘤固定空气氮素，是环境友好型作物。然而过去发现的超级结瘤（Super-nodulation）大豆，均因碳氮失衡而产量下降，导致 ″大豆多结瘤会减产″的思维定势，因此育种中普遍忽视对生物固氮的遗传改良。

该研究通过基因编辑，创制了根瘤数量不同程度改变的各种大豆突变体（nin-4m，ric1b/2b，ric1a/2a，ric-6m和nark），发现超级结瘤大豆突变体ric-6m和nark生物量减少，而根瘤增加1倍的ric1a/2a突变体生物量显著增加。同位素示踪等实验表明，ric1a/2a根瘤数量适当提高，不仅增加生物固氮作用，还通过氮素促进了叶绿素含量，增强大豆光合效率，最终达到碳氮协同促进。ric1a/2a中适当增加的根瘤并未像超结瘤突变体一样消耗过多碳源，因此维持了碳氮平衡。

作者在福建、河北等地开展了多年多点田间试验，与底盘国审品种华春6相比，ric1a/2a的小区产量显著提升10-20%以上，而蛋白质含量稳定提高1-2个百分点，且不显著降低含油量。这归因于ric1a/2a中转运到种子的碳源与氮源协同提升，由此实现协同增加产量和蛋白质的生物育种。

通过基因编辑等生物育种手段优化大豆结瘤固氮，有望成为提升大豆单产和品质，并促进绿色种植的重要途径，对打好大豆种业翻身仗有重要意义。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-024-01696-x