大豆是全球最重要的经济作物之一，同时也是人类食用和动物饲料的重要蛋白质来源，其种子蛋白含量一直是育种工作的重点关注对象(Li et al., 2024)。DNA甲基化作为最早被发现的表观遗传学机制，其在植物的研究大多聚焦于抗病或抗逆中(Zhang et al., 2018)。然而，甲基化对大豆蛋白含量的影响却很少受到关注，甲基转移酶基因如何调控大豆蛋白含量的机制并不清楚。近日，我校陈庆山教授团队/齐照明研究员课题在期刊Journal of Integrative Plant Biology（中国科学院一区，IF = 9.3）上发表了题为《Natural variation inGmMET, an S-adenosyl-L-methionine-dependent methyltransferase gene, influences seed protein content in soybean》的研究论文。该研究精细定位了大豆6号染色体上蛋白质含量QTL（qPC06-1），并解析候选基因GmMET的功能。

研究人员利用野生大豆全基因组导入系群体结合剩余杂合系群体，通过精细定位，将一个蛋白质含量相关QTL (qPC-06-1)位点缩小至48.8 kb，定位区间含有4个候选基因。结合序列变异、基因表达、分子标记共分离和单倍型分析进行矩阵打分，发现GmMET得分最高。GmMET编码一个SAM依赖性甲基转移酶，GmMET^SN14相较于GmMET^ZYD发生了48 bp的缺失。通过AlphaFold 3预测二者蛋白质三级结构，发现48 bp的缺失会导致GmMET^SN14蛋白质三级结构发生改变。酶活性分析结果显示GmMET^ZYD的酶活性在不同的底物浓度条件下均极显著高于GmMET^SN14的活性，说明GmMET来自基因编码区的差异会导致酶的活性发生改变。研究人员利用遗传转化材料证实了GmMET是qPC-06-1位点的主效基因。

通过转录组(RNA-seq)和全基因组甲基化测序(WGBS)分析，发现GmMET主要通过内质网中的蛋白质加工、氨基酸合成、脂肪酸代谢和甘油磷脂代谢等途径影响大豆子粒蛋白质和油分含量。通过联合分析发现GmSEIPIN(Qi et al., 2024)和GmNFYA(Lu et al., 2016)等基因可能为GmMET的下游靶基因，这些候选基因的挖掘有助于解析GmMET调控大豆子粒蛋白质和油分含量的功能。

进一步分析GmMET的自然变异，研究人员发现该基因共分为4个单倍型，优异单倍型Hap1在野生大豆中占比6.8%，而在农家种和栽培种中分别占比72.8%和71.3%。Hap1已经得到了广泛的应用，特别是在中国南方，但黄淮地区和中国东北地区还有进一步应用的潜力。进一步通过选择驯化分析表明qPC-06-1区域在大豆驯化和改良过程中受到选择。

陈庆山教授、齐照明研究员为论文的通讯作者。东北农业大学胡利民副教授、已毕业硕士研究生郭陈益君、已毕业博士生孙明昊（现为黑龙江省农业科学院助理研究员）为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发项目、黑龙江省自然科学基金、黑龙江省种业创新项目等资助。

（供稿/农学院）