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GmmiR156b对大豆产量性状及分枝调控机制的深度剖析

一、引言

1.1研究背景与意义

大豆（Glycinemax）作为世界上重要的粮油经济作物，为全球供应了一半以上的油料产量和近四分之一的植物蛋白，在保障国家粮食安全、促进农业增效和农民增收方面发挥着至关重要的作用。我国是大豆的原产国，大豆种植历史悠久，然而，近年来我国大豆产业面临着严峻的挑战。从种植情况来看，尽管我国大豆种植面积呈波动增长态势，2024年达到15487.5万亩，但与国际先进水平相比仍有差距，且单产水平不高，仅为133.35公斤/亩，导致总产量难以满足国内市场需求。

随着我国居民消费结构升级和畜牧业的快速发展，大豆作为重要的食用蛋白、食用油及饲料来源，其需求量持续攀升，供需矛盾日益突出。2024年我国大豆产量为2065.24万吨，而进口量却高达本土产量的5.1倍，对外依存度高达83.57%。为应对这一挑战，国家相继出台了一系列政策措施推动大豆产业振兴发展，但现有大豆品种仍存在单产不高、总产不稳、种植效益低等问题。

在影响大豆产量的诸多因素中，理想株型、果荚数和百粒重是决定大豆单产最重要的性状。其中，分枝作为决定理想株型的关键因子，直接影响着大豆的群体结构和光合作用效率，进而对产量产生重要影响。不同品种的大豆分枝性状存在显著差异，且分枝性状与产量密切相关。例如，研究发现“宁泰三号”品种的分枝性状较好，其每株分枝数量和分枝长度均较大，且具有较多的分枝节点数量，产量相对较高。

GmmiR156b作为一种在植物生长发育过程中起重要调控作用的微小RNA，对大豆的产量性状和分枝发育具有潜在的调控作用。深入研究GmmiR156b调节大豆产量性状及分枝的机制，不仅有助于揭示大豆生长发育的分子调控网络，还能为大豆的遗传改良和分子设计育种提供理论依据和基因资源，对于培育高产、稳产的大豆新品种，提高我国大豆的自给率，保障国家粮食安全具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

在国外，对植物miRNA的研究起步较早，取得了一系列重要成果。关于miR156及其靶基因SPLs的研究表明，miR156在植物的多个生长发育过程中发挥关键作用，包括营养生长阶段的分枝发育、叶片形态建成，以及生殖生长阶段的开花时间调控、花器官发育等。在拟南芥中，miR156通过调控SPL基因的表达，影响植物的分枝数量和形态，过表达miR156会导致植株分枝增多，而降低miR156的表达则使分枝减少。

在大豆研究方面，国外学者利用分子生物学和遗传学技术，对大豆的产量性状和分枝发育进行了深入探究。通过全基因组关联分析等方法，挖掘到了一些与大豆产量和分枝相关的基因和QTL位点，为大豆的遗传改良提供了重要的基因资源。

国内对于大豆GmmiR156b及产量、分枝的研究也在不断深入。有研究通过对大豆gmmir156b基因过表达，发现能够提高大豆的光合速率，促进大豆的根系发育、结瘤固氮，增强大豆的抗病性和抗旱性，进而获得高产和稳产的优质大豆。南京农业大学农学院杨守萍教授团队研究解析了miR156b-GmSPL2b调控高温胁迫下大豆CMS恢复系雄性育性的分子机理，发现大豆miR156b及其靶基因GmSPL2b在大豆三系杂种F1开花期响应高温胁迫，该研究为创制大豆耐高温强恢复系和培育雄性育性稳定的优良杂交大豆新品种提供了基因资源和理论依据。

然而，目前对于GmmiR156b调节大豆产量性状及分枝的具体分子机制仍不完全清楚，尤其是GmmiR156b与其他基因之间的相互作用关系，以及在不同环境条件下的调控模式等方面，还需要进一步深入研究。

1.3研究目标与内容

本研究旨在深入解析GmmiR156b调节大豆产量性状及分枝的分子机制，为大豆的遗传改良和高产育种提供理论基础和技术支持。具体研究内容如下：

GmmiR156b对大豆产量性状的影响：构建GmmiR156b过表达和基因编辑大豆植株，通过田间试验和室内分析，系统研究GmmiR156b过表达或敲除对大豆百粒重、单株结荚数、荚粒数等产量相关性状的影响。

GmmiR156b对大豆分枝发育的调控作用：观察GmmiR156b转基因大豆植株的分枝表型，包括分枝数量、分枝长度和分枝角度等；利用组织学和细胞学方法，研究GmmiR156b对大豆叶腋分生组织形成和发育的影响，明确GmmiR156b在大豆分枝发育过程中的调控作用。

GmmiR156b的靶基因鉴定与功能验证：运用生物信息学方法预测GmmiR156b的靶基因，通过5’RACE验证和基因表达分析等实验，确定其真实靶基因；对靶基因进行功能验证，研究其在大豆产量性状和分枝发育中的作用机制，