大豆叶绿素含量主效QTL qCC1的遗传解析及其调控光合效率与产量的分子机制

　　为解决大豆叶绿素(Chl)含量与光合效率的遗传调控机制问题，研究人员通过构建重组自交系(RIL)群体，结合QTL-seq和精细定位技术，鉴定出主导叶绿素含量的新位点qCC1。该位点定位于15号染色体82.29 kb区间，候选基因Glyma.15G087500.1编码锚蛋白重复蛋白(AKR)，通过调控叶绿素合成(上调)与降解(下调)通路，显著提升光合速率(Pn )42.13%和单株产量(YPP)111.32%。研究为大豆高光效育种提供了分子靶点。

　　

研究背景与科学问题
大豆作为全球重要的油料和蛋白作物，其产量提升长期受限于光合效率。叶绿素(Chl)作为光合作用的核心色素，其含量直接影响光能捕获效率，但调控大豆叶绿素稳态的遗传网络仍不明确。尽管已报道17个叶绿素相关QTL，多数因标记密度不足或环境敏感性未能应用于育种。更关键的是，叶绿素代谢如何通过分子级联反应影响光合碳同化与最终产量，仍是未解之谜。

研究设计与技术方法
中国农业科学院作物科学研究所团队利用自然突变的黄叶(yl)大豆与绿叶品种"北斗40"(BD40)构建262株F_6:7
RIL群体，在3个环境中测定叶绿素组分(Chl a/b、类胡萝卜素)及产量性状。通过SLAF-seq构建高密度遗传图谱(3715标记)，采用ICIM法进行QTL分析，结合近等基因系(NIL)验证候选基因功能。RNA-seq比较转录组揭示qCC1调控网络，RT-qPCR验证关键基因表达。

主要研究结果

3.1 黄叶突变体的表型缺陷
yl突变体全生育期呈现叶色黄化，R1期叶绿素总量降低75.5%，净光合速率(P_n
)下降24.84%，PSII最大光化学效率(F_v
/F_m
)降低21%。这些缺陷导致单株产量(YPP)减少14.88%，证实叶绿素缺失通过抑制光反应阶段影响碳同化。

3.2 叶绿素含量的数量遗传特征
RIL群体中叶绿素组分呈双峰分布，广义遗传力达0.73。相关性分析显示Chl b与产量性状的相关性(r=0.38)显著高于Chl a，暗示捕光色素比例对产量的特殊贡献。

3.3 稳定QTL的鉴定
共检测到12个QTL，其中qCC1在3个环境中均被检测到，平均LOD值26.81，贡献31.73%表型变异。该位点同时调控株高(PH)和单株荚数(PN)，呈现多效性特征。

3.4 qCC1的精细定位与功能验证
通过10个Indel标记将qCC1缩小至82.29 kb区间，包含8个基因。候选基因Glyma.15G087500.1编码的AKR蛋白在拟南芥中已知参与类囊体膜形成。NIL-qCC1比NIL-qcc1叶绿素含量提升136.53%-323.92%，单株产量增加111.32%，证实其正向调控作用。

3.5 qCC1的分子调控网络
转录组分析发现qCC1通过三重机制调控光合效率：

1. 上调叶绿素合成基因(尿卟啉原-III合酶)
2. 下调降解基因(叶绿素酶-1)
3. 激活6个光系统相关基因，包括细胞色素b₆
   /f复合体亚基和ATP合酶α亚基

结论与意义
该研究首次揭示大豆15号染色体上AKR基因通过协调叶绿素代谢与光系统装配，成为连接光合效率与产量的关键枢纽。qCC1位点的分子标记可直接用于高光效育种，而Glyma.15G087500.1的基因编辑为突破"光合效率瓶颈"提供新策略。研究结果发表于《The Crop Journal》，为作物"光合-产量"调控理论提供了重要案例。