大豆(Glycine max L. Merr.)是我国乃至世界重要的粮油饲兼用作物，为人类提供了主要的植物油料和蛋白资源。我国大豆需求量大，2020年进口量首次突破了1亿吨，对外依存度长期高达80%以上。同时，我国大豆生产单产远远低于其它主粮作物，且仅为国外大豆主产国的60%左右。加强大豆基础研究，提高我国大豆分子设计育种水平和自主生产能力是保障我国粮食安全的重大亟需。
最近，中国科学院遗传与发育生物学研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室田志喜研究组通过对1800多份大豆种质资源籽粒厚度性状的全基因组关联分析，在5号染色体上鉴定到了一个与粒厚相关的稳定信号区间，并且该区间与已报道的多个产量、油含量和蛋白含量候选QTL区间重叠。进一步结合多组学数据分析，确定了一个控制大豆籽粒厚度和大小的基因GmST05 (Seed Thickness 05)。GmST05编码一个PEBP家族的蛋白，是拟南芥AtMFT的直系同源基因。单倍型分析发现，GmST05启动子区的自然变异位点显著影响其表达量，GmST05HapⅠ表达水平明显高于GmST05HapIⅠ，是决定大豆种子大小的关键因素。转基因实验表明GmST05正调控大豆籽粒大小。进一步的研究发现GmST05可能通过调控GmSWEET10a的转录，影响籽粒油含量和蛋白含量。有意思的是，GmST05的等位基因变异存在明显的地理分布差异，即高纬度地区的大豆种质普遍拥有GmST05HapⅠ单倍型，而低纬度地区大豆种质普遍拥有GmST05HapⅡ单倍型。群体遗传多样性分析表明，GmST05的等位基因变异在大豆进化过程中正在经历着人工选择，但尚未被固定。这为挖掘和利用GmST05优良等位变异提高大豆产量提供了重要基因资源和理论基础。
该研究成果以题为“Natural allelic variation of GmST05 controlling seed size and quality in soybean”于2022年6月1日在线发表于Plant Biotechnology Journal (doi: 10.1111/pbi.13865)。田志喜组博士生段宗彪和助理研究员张敏为该论文共同第一作者，田志喜研究员为通讯作者，该课题得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院战略先导专项和山东省农业良种工程的支持。