Advanced Science | 广州大学关跃峰课题组运用AlphaFold指导基因编辑实现大豆高油育种

作物分子育种的主流技术途径是鉴定和利用基因优异变异，但基因组中存在大量重要功能位点尚未形成优异等位变异，制约品种改良潜力。以大豆正调控油分与籽粒大小的糖转运蛋白SWEET系统为例：GmSWEET10a和GmSWEET10b同源基因虽均参与种皮-胚糖分运输调控，但遗传改良进程呈现显著差异——GmSWEET10a的优异等位在高油大豆种质中广泛利用，而同源基因GmSWEET10b却未发现可人工利用的优异自然变异（Wang et al 2020），这导致该调控通路未能充分发挥油分积累潜能。整合人工智能驱动的蛋白质理性设计与CRISPR基因编辑技术，可望通过设计育种实现基因功能定向进化，突破自然变异限制。但目前该策略在遗传改良领域尚无实例。

近日，广州大学关跃峰课题组在Advanced Science在线发表题为AlphaFold-guided bespoke gene editing enhances field-grown soybean oil contents的研究论文，通过AlphaFold引导的蛋白质设计与基因编辑结合，提高GmSWEET10b蛋白转运活性，在大田试验中稳定提高了基因编辑材料的含油量。

该研究借助AlphaFold预测发现，GmSWEET10a_的C端变异可赋予其增强或减弱的转运活性。并通过基因编辑验证了_GmSWEET10a C端在调控含油量方面的效应。作者进一步通过AlphaFold结构预测与聚类，设计出自然界不存在的新型_GmSWEET10b_单倍型。通过基因编辑获得预期基因型，发现GmSWEET10b的糖转运能力可被定向增强。经过严谨设计的多年多点大田试验，作者发现，在已有_GmSWEET10a_优异基因型的大豆高产品种HC6底盘基础上，基因编辑改造高油型 GmSWEET10b，可进一步提升含油量0.8-1.8个百分点，且不降低小区产量（部分试验中小幅提高）。由于该基因编辑创造的基因型在自然群体中不存在，通过AlphaFold引导的定制化基因编辑技术可广泛用于已有主推品种的高油改良，可助力培育高油高产大豆，破解我国大豆产业"卡脖子"难题。

广州大学关跃峰教授为该论文的通讯作者，福建农林大学王杰副教授，广州大学张力博士后和汪鑫副教授，中国科学院东北地理与农业生态研究所王守冬研究员为共同第一作者。河北省农林科学院粮油作物研究所闫龙研究员、史晓蕾研究员，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Diwakar Shukla教授，广州大学李美娜教授，福建农林大学董永辉教授，江西省农业科学院作物研究所厉苏宁助理研究员等参与了合作研究。

参考文献：

S. Wang, S. Liu, J. Wang, K. Yokosho, B. Zhou, Y.-C. Yu, Z. Liu, W. B. Frommer, J. F. Ma, L.-Q. Chen, Natl. Sci. Rev. 2020, 7 (11), 1776.

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202500290