大豆作为全球重要的粮食和经济作物，其种子蛋白含量一直是育种工作的重点关注对象。近日，东北农业大学陈庆山教授团队、齐照明研究员课题组联合广州大学孔凡江教授在期刊Plant Biotechnology Journal（中科院一区TOP，IF=11.2）上发表了题为 “Identification of HSSP1 as a Regulator of Soybean Protein Content Through QTL Analysis and Soy-SPCC Network” 的研究论文。该研究通过对染色体片段代换系（CSSL）群体进行QTL定位，鉴定到了一个控制大豆种子蛋白含量的关键基因座qPC8-1，通过构建基因共表达网络，筛选出关键基因HSSP1（High Seed Storage Protein1，HSSP1）。进一步研究表明，HSSP1可以调控 GmCG1表达，进而调控大豆种子中的蛋白含量。此外，研究提出基于共表达调控网络中关键基因分子聚合育种的新思路，为提高大豆蛋白含量分子育种提供了新的基因资源和种质资源。

该研究首先利用野生大豆全基因组导入系群体（CSSL）进行QTL定位分析，在2021年和2022年的大田试验中，通过对CSSL群体的蛋白质含量数据进行QTL分析定位到10个 QTL，其中qPC8-1和qPC15-1在不同年份定位中均检测到，推定其是与大豆种子蛋白含量相关的关键QTL位点。

为深入挖掘与大豆种子蛋白含量相关的关键基因，选取CSSL群体中蛋白质含量差异明显的材料，进一步构建了大豆种子蛋白含量共表达网络（Soy-SPCC network），筛选出8个关键模块，其中SPCC1模块与蛋白含量的相关性最高。该模块包含多个与种子蛋白含量相关的功能基因，如Gy1、GmOLEO1、GmSWEET10a等。通过对 SPCC1 模块中的基因进行分析，鉴定了45个关键核心基因。其中编码B3结构域蛋白的Glyma.08G357600基因（命名为HSSP1）为关键调控基因之一，该基因注释为拟南芥ABI3基因的同源基因，并且位于qPC8-1上（图1）。

HSSP1是一个种子特异性表达的基因，在种子发育过程中，HSSP1的表达量逐渐增加，并在种子发育的DS时期达到峰值。通过原位杂交实验进一步确认了HSSP1主要在种子发育的中后期表达。对HSSP1突变体和过表达株系进行分析发现，hssp1突变体的储存蛋白含量降低、7S球蛋白的α'和β亚基含量减少、蛋白体数量较少，而过表达株系的储存蛋白含量增加、7S和11S球蛋白组分均增加、相比于野生型具有更多的蛋白体数量（图2）。并且HSSP1能够促进GmCG1的表达，进一步证明了HSSP1是调控种子储存蛋白积累的关键基因。

该研究利用分子模块聚合育种分析，即一种基于多基因优异单倍型聚合的育种选择策略。在Soy-SPCC网络中挑选出120个关键基因进行分析。通过对已发表的547份大豆种质资源的基因组重测序数据进行分析，确定了候选基因的单倍型，结合与蛋白含量的关联分析，对每个基因进行赋分，并将不同单倍型组合的大豆种质材料进行打分评估。最后筛选出了得分最高的10%和最低的10%的大豆材料，这些材料分别具有高蛋白和低蛋白的遗传潜力，为进一步的大豆分子聚合育种研究提供了重要的亲本资源（图3A-C）。

在系统发育树中，这120个基因被分为11个簇，聚合高蛋白等位基因型的Cluster1-4的蛋白质含量显著高于代表低蛋白类型的Cluster 5-11。Cluster 1-4大部分为农家品种，并且在系统发育树上占据较原始的位置。相比之下，聚合低蛋白等位基因型的Cluster 5-11仅由栽培品种组成（图3D-E）。

这种研究方法突出了在进化分支中识别关键基因型以发现更多表型极端材料的重要性。当更多与蛋白质含量相关的基因携带优良单倍型时，与携带劣势单倍型的组合相比，整体蛋白质含量显著更高（图4）。本研究为快速育种策略提供了一定的指导，有助于降低环境影响，并通过系统发育分析确保基因型-表型相互验证，从而有助于选择用于育种的最优亲本。

东北农业大学陈庆山教授、齐照明研究员、广州大学孔凡江教授为论文的通讯作者。东北农业大学博士研究生田慧霖，尹燕斌讲师为论文共同第一作者。东北农业大学硕士研究生李鑫、刘春燕教授、张战国副教授、杨明亮副教授、胡利民副教授和徐畅讲师等也参与了部分研究工作。该研究得到了国家自然科学基金，黑龙江省自然科学基金，海南种子实验室和中国种子集团联合项目，中国博士后科学基金，国家重点研发计划，黑龙江省博士后科学基金，大豆产业体系和黑龙江省合作与创新育种基金项目等资助。

通讯作者:

陈庆山，博士，二级教授，博士研究生导师。黑龙江省高层次人才（B类）。国家大豆工程技术中心主任，智慧农场与技术系统全国重点实验室副主任，主要从事大豆遗传改良和智慧农业研究。主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金区域联合重点等重要项目，发表论文300余篇，审定“东农豆252”等系列大豆新品种4个，参加审定品种17个，累计种植2266.93万亩，合计经济效益180.72亿元；获得植物新品种保护权4项、计算机软件著作权7项，申请基因专利4项。

齐照明，东北农业大学研究员，博士生导师，民建会员。黑龙江省高层次人才（C类）。主要从事大豆重要农艺性状功能基因挖掘与分子辅助育种工作。以第一/通讯作者在Plant Biotechnology Journal，Journal of Hazardous Materials，Plant, Cell and Environment，Theoretical and Applied Genetics等学术期刊发表40余篇论文，他引1700余次。获得国家授权发明专利12项，主持国家自然科学基金3项，农业部科技攻关课题、国家重点研发子课题、黑龙江省种业创新项目等多项。利用分子标记辅助选择新品系东农豆259、东农豆268等。