10月29日，Plant Communications在线发表了东北农业大学陈庆山教授、赵莹副教授课题组题为“Spatiotemporal transcriptomic and metabolomic landscapes of wild soybean seed development reveal regulatory mechanisms of nutrient accumulation”的研究论文。该研究首次绘制了野生大豆种子发育中期的高分辨率时空分子图谱，揭示了种子营养积累的细胞特异性调控机制，鉴定出蛋白/油脂调控关键基因GsMAPK23-4，为大豆品质遗传改良提供了核心靶点与理论支撑。

大豆种子的蛋白质和油脂含量是决定其经济价值的核心性状。栽培大豆在长期驯化中面临遗传多样性狭窄的瓶颈，而野生大豆（Glycine soja）作为栽培大豆的祖先种，保留了更高的遗传多样性、优异的抗逆性及高品质潜力，是改良大豆营养成分的天然基因资源库。

种子发育中期是蛋白质和油脂积累的关键阶段，但野生大豆种子细胞的空间功能分化特征、营养积累的时空调控网络仍不明确，限制了其优异基因资源的开发利用。

团队以野生大豆种子发育中期为研究对象，通过空间转录组技术，对种子水平（横切）和垂直（纵切）切面进行高分辨率分析，成功构建细胞图谱。其中胚薄壁细胞占比最高，集中分布于子叶区域，是营养积累的核心功能区。

差异表达分析显示，胚薄壁细胞存在空间功能分区，横切面远轴侧细胞富集蛋白代谢通路、近轴侧聚焦脂质合成通路；拟时序分析发现，这些细胞转录轨迹从“远轴蛋白合成态”向“近轴侧脂质合成态”过渡，轨迹起点基因模块关联蛋白合成功能、终点模块关联脂质代谢功能，揭示该功能分区是动态发育调控的结果。

通过空间转录组—代谢组联合分析，团队鉴定出与L-脯氨酸（蛋白合成关键代谢物）强相关的核心基因GsMAPK23-4。功能验证证实其调控作用，敲除突变体氨基酸及蛋白含量显著升高，油脂含量显著降低；过表达株系与之相反。且该基因对大豆关键农艺性状无显著影响，成为高蛋白/高油脂专用大豆育种的理想靶点。

该研究论文首次揭示野生大豆种子发育中期的细胞空间异质性及营养积累机制，为豆科植物种子营养分区调控提供新视角；GsMAPK23-4基因的鉴定突破了传统育种局限，为分子设计培育高蛋白/高油脂专用大豆新品种提供核心靶点；共享数据库与技术方法，为野生大豆优异基因开发提供技术路径，助力破解栽培大豆品质改良瓶颈。

作者简介：

本研究由东北农业大学陈庆山、赵莹团队完成。东北农业大学博士研究生刘沛言和硕士研究生李明阳为本文的共同第一作者，陈庆山教授、赵莹副教授为本文共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金及黑龙江省自然科学基金等项目的资助。

（供稿/农学院）