A loss‐of‐function mutant allele of a glycosyl hydrolase gene has been co‐opted for seed weight control during soybean domestication

生物 遗传学 驯化 数量性状位点 等位基因 基因 突变体 拟南芥 人口 社会学 人口学
作者
Siming Wei,Bin Yong,Hongwei� Jiang,Zhenghong An,Yan Wang,Bingbing Li,Ce Yang,Weiwei Zhu,Qingshan Chen,Chaoying He
出处
期刊:Journal of Integrative Plant Biology [Wiley]
卷期号:65 (11): 2469-2489 被引量:12
标识
DOI:10.1111/jipb.13559
摘要

The resultant DNA from loss-of-function mutation can be recruited in biological evolution and development. Here, we present such a rare and potential case of "to gain by loss" as a neomorphic mutation during soybean domestication for increasing seed weight. Using a population derived from a chromosome segment substitution line of Glycine max (SN14) and Glycine soja (ZYD06), a quantitative trait locus (QTL) of 100-seed weight (qHSW) was mapped on chromosome 11, corresponding to a truncated β-1, 3-glucosidase (βGlu) gene. The novel gene hsw results from a 14-bp deletion, causing a frameshift mutation and a premature stop codon in the βGlu. In contrast to HSW, the hsw completely lost βGlu activity and function but acquired a novel function to promote cell expansion, thus increasing seed weight. Overexpressing hsw instead of HSW produced large soybean seeds, and surprisingly, truncating hsw via gene editing further increased the seed size. We further found that the core 21-aa peptide of hsw and its variants acted as a promoter of seed size. Transcriptomic variation in these transgenic soybean lines substantiated the integration hsw into cell and seed size control. Moreover, the hsw allele underwent selection and expansion during soybean domestication and improvement. Our work cloned a likely domesticated QTL controlling soybean seed weight, revealed a novel genetic variation and mechanism in soybean domestication, and provided new insight into crop domestication and breeding, and plant evolution.
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