研究表明，大豆是一种古老的四倍体植物，经历了两次全基因组复制事件，基因组中大约75%的基因以多个拷贝形式存在，通过全基因组鸟枪法对大豆进行全基因组测序，发表了第一个栽培大豆威廉姆斯82（Williams82）参考基因组，栽培大豆W82参考基因组的发布为大豆基因组学研究和加快改良大豆育种的培育提供了重要的信息和理论依据。脂氧合酶（lipoxygenase，LOXs）是一类含铁或锰离子的双加氧酶，可以催化多元不饱和脂肪酸，如亚麻酸、亚油酸等。LOX不仅对植物生长发育和响应逆境胁迫起重要作用，同时，也对食品加工过程有很大的影响。成熟大豆种子中LOX可以催化不饱和脂肪酸的氧化，产生共轭不饱和脂肪酸氢过氧化物转化为挥发性化合物，导致大豆产生特殊的豆腥味。有关研究报道，从种子萌发到植物成熟的不同阶段，以及植物不同部位的LOX基因表达均不同，考虑到LOX基因的潜在作用，对大豆W82中LOX基因进行全基因组鉴定与分析，为后续研究LOX基因的功能提供理论依据。近期，安徽农业大学农学院王晓波课题组完成的题为“大豆LOX基因家族的全基因组鉴定及GmLOX15A1基因等位变异对百粒重的影响”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷1期正式发表。该研究基于Ensembl数据库中水稻和拟南芥物种LOX蛋白序列，在大豆全基因组数据库中BLASTP比对同源LOX蛋白序列，使用MEGA X软件构建系统进化树；采用网站MEME进行蛋白保守基序分析；运用在线软件GSDS 2.0分析基因结构；运用TBtools进行染色体定位绘制；用McscanX分析大豆LOX家族复制基因；利用PlantCARE网站预测大豆LOX基因家族启动子元件；通过TBtools绘制不同组织及非生物胁迫下大豆基因表达热图，并对与百粒重显著相关的优异等位变异位点GmLOX15A1-G/A进行分子标记开发。
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大豆中共鉴定到43个LOX基因，不均匀地分布在13条染色体上。共线性分析表明，GmLOX基因在进化过程中经历了广泛的复制。![]()
同时，在LOX基因启动子中检测到39种不同类型的顺式调控元件，表明它们可能参与了不同的生长发育、光反应、应激反应与激素诱导等途径。![]()
大豆LOX基因启动子区域顺式元件的预测
表达模式分析发现LOX基因在大豆不同组织中具有不同的表达程度，表明该家族成员具有组织和时空表达特异性。![]()
GmLOX基因在不同组织中的表达分析
干旱胁迫条件下，GmLOX基因在大豆根系和叶片中表达差异显著（P<0.05），其中，GmLOX3A3、GmLOX7A1、GmLOX20B1、GmLOX13A1和GmLOX20A2在根系和叶片中均显著上调或下调表达，推测GmLOX基因可能在逆境胁迫响应中发挥重要作用。![]()
GmLOX基因在干旱胁迫下不同组织中的表达分析（a：根；b：叶片）
同时，发现GmLOX15A1在籽粒组织中高表达且在该基因编码区第七外显子存在一处G/A优异等位变异，对该变异位点开发分子标记，并利用来自不同生态区1 200份大豆种质资源2年的百粒重数据，分析GmLOX15A1不同单倍型与百粒重的相关性，结果表明，相较于GmLOX15A1-A基因型，携带GmLOX15A1-G等位基因大豆种质的平均百粒重提高2.33 g（P<0.001）。![]()
GmLOX15A1-A/G基因型与百粒重相关性分析综上，在大豆中共鉴定到43个LOX家族成员，可分为3个亚家族。GmLOX基因启动子区存在大量激素和胁迫响应的顺式作用元件，在干旱胁迫响应中发挥不同的作用。其中，GmLOX15A1在籽粒组织中高表达且该基因编码区第七外显子存在一处G/A优异等位变异，相较于GmLOX15A1-A基因型，携带GmLOX15A1-G等位基因大豆种质的平均百粒重显著提高2.33 g，该位点可作为大豆籽粒大小遗传改良的优异单倍型。
安徽农业大学农学院王晓波为该文通信作者，王伟为该文第一作者。
该研究获得国家重点研发计划（2021YFD1201605）、安徽省自然科学基金（2308085MC88）的资助。
王伟, 吴传磊, 胡晓渝, 李佳佳, 白鹏宇, 王郭伋, 苗龙, 王晓波. 大豆LOX基因家族的全基因组鉴定及GmLOX15A1基因等位变异对百粒重的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(1): 10-29.
WANG Wei, WU ChuanLei, HU XiaoYu, LI JiaJia, BAI PengYu, WANG GuoJi, MIAO Long, WANG XiaoBo. Genome-Wide Identification of Soybean LOX Gene Family and the Effect of GmLOX15A1 Gene Allele on 100-Seed Weight[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(1): 10-29.
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