大豆（Glycine max）是全球最重要的“粮油饲”兼用作物之一，是优质植物蛋白的主要来源。中国是世界上最大的大豆消费国和进口国。近年来，我国大豆供需矛盾日益突出，已成为制约国家农业发展的卡脖子问题。种子大小是决定作物产量的关键农艺性状之一。挖掘调控大豆种子大小的关键基因并解析其分子机制，对培育高产优质大豆新品种具有重要意义。
中国科学院植物研究所贺超英研究团队在前期工作基础上，通过对大豆小粒突变体sms6进行分析，克隆到了调控大豆粒重及品质的关键基因GmSMS6。研究发现，在GmSMS6基因敲除株系中，其百粒重、单株产量和籽粒蛋白质含量显著提高，但油脂含量降低。GmSMS6编码一个14-3-3蛋白，该蛋白可与转录因子GmbZIP151和E3泛素连接酶GmUBQ1发生蛋白-蛋白互作。进一步生化与分子生物学分析发现，这些蛋白-蛋白互作介导了GmbZIP151的泛素化修饰与降解，精准调节其蛋白丰度与转录调控活性，影响其下游基因的表达。结合遗传分析进一步证明，GmSMS6通过物理和遗传互作与GmUBQ1-GmbZIP151形成一个模块调控大豆粒重与品质。小区测试发现，通过对GmSMS6进行基因敲除可使大豆增产约10%，表明该分子模块潜在的育种价值。此外，进化分析推演了该模块中3个基因在大豆驯化过程中的受选择情况、单倍型变异式样与最优单倍型组配方案。研究人员在大豆核心种质群体中未发现GmSMS6的功能缺失等位变异，而人工诱变的sms6是由一个氨基酸替换导致GmSMS6功能增强的突变体，使得大豆种子变小。
上述研究结果揭示了大豆粒重与品质调控的新分子模块及其机制，为通过基因编辑与多基因聚合培育高产优质大豆新品种提供了重要的基因资源与理论指导，并为理解植物种子大小调控、形态进化与作物产量-品质的协同改良提供了新见解与新思路。
研究成果于11月26日在线发表在Nature Communications上。植物所已毕业博士研究生李兵兵为论文第一作者，贺超英研究员为通讯作者。植物所在读博士研究生杨策、安正红、余宏强和硕士研究生陈漫影，已毕业博士研究生雍斌和朱韦韦，高级工程师王艳与中国农科院作科所谷勇哲副研究员也参与了该工作。该研究得到农业农村部科技创新2030重大项目、国家自然科学基金和中国科学院战略先导专项等项目的资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-65598-y
（植物多样性与特色经济作物全国重点实验室供稿）
大豆GmSMS6序列多样性与调控种子大小的分子模块及工作模型
