世界農化網中文網報道： 2024年5月，廣州大學生命科學學院關躍峰團隊與孔凡江團隊在Nature Plants中發表一項題爲″Genetically optimising soybean nodulation improves yield and protein content″的研究論文。該研究通過基因編輯精准調控根瘤數量，實現碳氮平衡的高效固氮，從而在大田種植條件下大幅提高大豆産量和蛋白含量。該研究由此提出″優化結瘤固氮促進高産優質″的精准育種新思路。

我國大豆80%以上依賴進口，造成供需矛盾的重要因素之一，是中國大豆單産水平與美國、巴西等主産國有較大差距。培育高産高油高蛋白且環境友好的大豆新品種，是保障糧食安全的重要途徑。大豆育種中，産量和蛋白質存在難以克服的負相關性，過去以産量爲目標的大豆育種往往導致蛋白質含量顯著下降，成爲困擾高産高蛋白高油大豆育種的瓶頸。與此同時，大豆能通過結瘤固定空氣氮素，是環境友好型作物。然而過去發現的超級結瘤（Super-nodulation）大豆，均因碳氮失衡而産量下降，導致 ″大豆多結瘤會減産″的思維定勢，因此育種中普遍忽視對生物固氮的遺傳改良。

該研究通過基因編輯，創制了根瘤數量不同程度改變的各種大豆突變體（nin-4m，ric1b/2b，ric1a/2a，ric-6m和nark），發現超級結瘤大豆突變體ric-6m和nark生物量減少，而根瘤增加1倍的ric1a/2a突變體生物量顯著增加。同位素示蹤等實驗表明，ric1a/2a根瘤數量適當提高，不僅增加生物固氮作用，還通過氮素促進了葉綠素含量，增強大豆光合效率，最終達到碳氮協同促進。ric1a/2a中適當增加的根瘤並未像超結瘤突變體一樣消耗過多碳源，因此維持了碳氮平衡。

作者在福建、河北等地開展了多年多點田間試驗，與底盤國審品種華春6相比，ric1a/2a的小區産量顯著提升10-20%以上，而蛋白質含量穩定提高1-2個百分點，且不顯著降低含油量。這歸因于ric1a/2a中轉運到種子的碳源與氮源協同提升，由此實現協同增加産量和蛋白質的生物育種。

通過基因編輯等生物育種手段優化大豆結瘤固氮，有望成爲提升大豆單産和品質，並促進綠色種植的重要途徑，對打好大豆種業翻身仗有重要意義。