近日，我院张新友院士团队在国际知名学术期刊 Plant Biotechnology Journal（IF=10.5）上以长文形式（Article）在线发表了题为“Mapping and functional characterization of homologous genes AhSUCA06 and AhSUCA16 underlying sucrose, oil, and protein contents in peanut”的研究论文。该研究首次揭示了同源基因AhSUCA06和AhSUCA16协同调控花生种子蔗糖、油分和蛋白质含量的分子机制，并通过CRISPR/Cas9基因编辑技术成功在花生中验证了其功能。这一突破性成果为花生新种质创制及对现有主栽品种精准改良提供了重要的基因资源和分子标记，标志着我国在花生育种基础研究领域迈出了重要一步。

花生（Arachis hypogaea L.）是全球广泛种植的油料与经济作物，富含不饱和脂肪酸、优质蛋白质、精氨酸、维生素E及其他植物营养素，不仅可提供优质食用油，还可加工成花生酱、花生饮料、烘焙花生和花生糖果等多种高营养食品。近年来，全球食用花生油和花生产品的消费量持续增长。对消费者而言，花生的甜味是决定口感的关键因素，当种子蔗糖含量（SSC）超过5%时，花生会呈现出较为明显的甜味和更佳的风味。蔗糖作为关键生物合成前体，调控花生籽仁的油分含量（SOC）和蛋白质含量(SPC)，三者共同决定了花生制品的风味和营养品质。因此，探索调控SSC、SOC和SPC的遗传与分子机制，是定向改良花生品质的重要手段，对花生新种质创制及优质品种的培育具有重要意义。

研究团队以冀花甜1号(JHT1，高SSC和SPC，低SOC)和PI4788199(低SSC和SPC，高SOC)为亲本构建了正反交RIL群体，并鉴定出控制SSC、SPC和SOC的三个稳定QTL：qA06.1（A06）、qA08.1（A08）和qA16.1（A16），其中qA06.1和qA16.1对三个品质性状均有显著贡献。上位性分析显示qA06.1与qA16.1之间存在显著的上位性互作，二者协同发挥作用，共同调控花生种子的品质形成。通过对qA06.1和qA16.1重组单元的鉴定和双亲之间的基因组比较，确定 AhSUCA16 和AhSUCA06为调控SSC、SOC和SPC的候选基因。基于在AhSUCA06和AhSUCA16的关键功能变异位点，研究团队开发了两个KASP功能分子标记。

以我院培育的花生主栽品种豫花9326为受体，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了靶向AhSUCA06的编辑载体，通过基因枪轰击法对花生进行遗传转化，成功获得了多个转基因株系。T1代突变体株系的植株和种子形态与受体亲本豫花9326及阴性对照株系相比无差异，但其SSC和SPC显著升高，SOC显著降低。qRT-PCR分析表明，AhSUCA06和AhSUCA16仅在种子中特异性高表达。亚细胞共定位显示AhSUCA06和AhSUCA16均位于细胞核。DLR实验表明AhSUCA06和AhSUCA16具有转录抑制活性。BiFC实验表明AhSUCA06与AhSUCA16在体内可能以二聚体复合物形态发挥转录抑制功能。DAP-seq与RNA-seq联合分析表明AhSUCA06的调控靶基因可能直接或间接调控脂质代谢、糖酵解和糖异生通路相关。

该项研究揭示了同源基因AhSUCA06和AhSUCA16协同调控花生种子蔗糖、油分和蛋白质含量的分子机制，并通过CRISPR/Cas9基因编辑技术成功验证了其功能。这一突破性成果为花生品质性状的遗传改良奠定了重要的理论与技术基础。

沈阳农业大学博士生郑玉珍、我院齐飞艳副研究员、石磊研究员为论文共同第一作者，张新友院士、郑峥研究员为该研究工作共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划（2023YFD1202800）、辽宁省种质创新藏粮于技专项计划（2023JH1/10200002）、河南省科技攻关项目（232102110234）、国家花生产业技术体系（CARS-13）、河南省现代农业产业技术体系（S2012-5）、河南省农业科学院杰出青年基金（2024JQ06）等项目的资助。