大豆（Glycine max）是全球重要的植物蛋白和植物油来源之一，广泛应用于人类食品、动物饲料及工业原料，具有重要的经济和社会价值。提高大豆产量始终是大豆育种领域的核心目标，直接关系到全球粮食安全和农业可持续发展。尽管近年来在大豆育种中取得了诸多进展，关于大豆种子性状的分子调控机制仍然不甚明晰，因此，深入研究大豆种子性状的遗传机制，挖掘影响产量的关键基因，对于提高大豆产量和品质具有重要的理论意义和实际价值。

中国科学院遗传与发育生物学研究所张劲松研究组通过对稳定转化的MIR172a过表达大豆植株进行全生育期的观察和产量性状分析，结果显示，MIR172a过表达显著降低了种子大小和重量，百粒重由对照品种JACK的17.01g降低至6.02g至9.23g。此外，种子中脂肪酸组成发生了变化。其中软脂酸16:0、硬脂酸18:0、油酸18:1和亚油酸18:2减少，而亚麻酸18:3增加，同时蛋白质含量有所提升。这表明miR172a在调控大豆种子表型以及脂肪酸和蛋白质积累方面发挥了关键作用。为了鉴定miR172a的靶基因，研究团队利用MiRbase网站筛选出10个AP2/ERF家族基因作为候选，进一步分析发现ERF416和ERF413在MIR172a转基因大豆种子中表达显著下调，5’RACE-PCR实验证实miR172a可在ERF416和ERF413的靶位点诱导mRNA切割，证明了ERF416和ERF413是miR172a的靶基因。

随后，研究团队通过CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了ERF416和ERF413突变体，研究其大豆种子表型的变化。与对照品种DN50相比，突变体籽粒变小，百粒重显著下降，但单株产量大幅增加，单株产量最高可提高31.8%。同时，突变体籽粒脂肪酸含量明显上升，尤其是油酸（18:1），而蛋白质含量下降。过表达ERF416能显著提高种子大小和百粒重，增幅最高可达13%；由于过表达材料中单粒荚比例上升、四粒荚比例下降，导致每株种子总数减少，产量未受显著影响。此外，过表达材料中脂肪酸含量显著降低，尤其是亚油酸（18:2）含量减少。以上结果表明，ERF416过表达有助于提高大豆种子粒重，但可能对脂肪酸积累产生负面影响。

进一步通过转录组分析发现在ERF416/413突变体中，GmKIX8-1表达上调。实验证明ERF416/413通过结合其启动子区域的GCC元件抑制GmKIX8-1表达，从而促进种子增大。此外，ERF416/413还能激活另一个下游基因GmSWEET10a的表达：在过表达大豆中该基因上调，在突变体中则下调。双荧光素酶和ChIP实验均验证了ERF416/413与GmKIX8-1、GmSWEET10a启动子的直接结合与调控关系。

最后，通过分析ERF416启动子的单倍型变异及其与大豆种子大小和基因表达的关系，发现在195个栽培大豆和94个野生大豆中，有三种主要单倍型（Hap1、Hap2、Hap3）。Hap1对应较高的ERF416表达和较大的百粒重，与较低的脂质含量相关，而Hap3则与较高的脂质含量相关。不同地区的大豆中，Hap3的比例从东北至南方逐渐降低，表明Hap3可以作为高油品种育种的优良等位基因。该研究发现miR172a - ERF416/413模块可调控籽粒大小和粒重，但可能通过不同途径调控脂肪酸含量（图）。

上述研究以The miR172a-ERF416/413 module regulates soybean seed traits为题，于2025年8月14日在线发表于Journal of Integrative Plant Biology(DOI:10.1111/jipb.70015)。张劲松研究组已毕业的金萌博士、韩佳祺博士为论文第一作者，张劲松研究员、张万科副研究员和陶建军助理研究员为共同通讯作者。该研究得到了陈受宜研究员的指导。该研究得到了国家自然科学基金等项目资助。

miR172a-ERF416/413模块调控大豆籽粒性状的机制