aBIOTECH | 广州大学关跃峰团队创制低植酸与产量表型平衡的基因编辑大豆

大豆（Glycine max (L.) Merr.）作为重要的粮饲兼用作物，是人类植物蛋白与动物饲料蛋白的重要来源，但大豆中存在的植酸分子（即肌醇六磷酸）却是一把双刃剑。植酸作为籽粒中磷元素的重要储存形式，为种子萌发提供能量，然而植酸作为一种抗营养因子能够螯合大量的矿物阳离子，影响动物和人类对于矿物营养的吸收，并导致难溶性植酸盐进入土壤与水域造成环境污染。饲料通常添加植酸酶来降解植酸，全球每年耗资超过3亿美金。培育低植酸作物一直是育种工作的重要方向，但低植酸品种往往导致减产，限制其推广应用。

近日，广州大学关跃峰团队在aBIOTECH发表了题为“Genome editing toward biofortified soybean with minimal trade-off between low phytic acid and yield”的研究论文。研究通过多基因编辑技术在大豆中创制基因型丰富的植酸突变体库，并经过一系列的性状考察，最终创制产量影响较小的低植酸突变体株系：lpa-1与lpa-2。

本研究基于大豆中高效的多基因编辑器靶向植酸合成基因GmIPK1以及转运基因GmMRP5，通过稳定转化并鉴定获得基因型丰富的7种大豆植酸突变体（图1A-B）。紧接着，作者对突变体种子中的植酸含量进行测定，结果显示植酸含量随着突变位点的富集而大幅度降低（12.25%-43.30%）（图1C）。籽粒中的植酸与游离磷含量存在显著的负相关关系，作者也通过钼蓝显色证实突变体中游离磷的释放（图1D）。对植酸突变体进行农艺性状考察，发现GmIPK1b与GmIPK1c的单基因突变株系lpa-1与lpa-2，表现出与对照相当的水平。而含GmMRP5a与GmMRP5b的多基因突变株系存在明显的产量降低（图1H）。

最后，作者对突变体种子的萌发与质量进行评估，多种多突变体的发芽率显著降低。相比之下，lpa-1与lpa-2则表现出正常的农艺性状与萌发率（98%）。以上结果进一步表明，超低的植酸含量对作物产量造成很大影响，而携带GmIPK的单基因突变株系往往能够维持产量并适当降低植酸含量，实现生物强化效果，这为将来的植酸育种提供有效的解决方案。

图 1 植酸突变体的创制以及农艺性状分析

广州大学生命科学学院关跃峰教授为本文通讯作者，中国农业大学三亚研究院博士生林文鑫为论文第一作者，广州大学孔凡江教授团队参与合作研究。本研究得到广州市科学基金的资助。

引用本文：Lin, W., Bai, M., Peng, C. et al. Genome editing toward biofortified soybean with minimal trade-off between low phytic acid and yield. aBIOTECH (2024). https://doi.org/10.1007/s42994-024-00158-4

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