Seed Biology：徐凡/罗明揭示饱和神经酰胺对大豆种子萌发的关键作用

2025年4月，西南大学的相关研究人员在《Seed Biology》上发表了题为“Saturated ceramide is required for seed germination in soybean”的研究论文，鉴定了两组与大豆种子萌发相关的基因，并证明饱和简单神经酰胺在其中起着至关重要的作用。

在植物的生长发育过程中，种子萌发是一个极为重要的阶段，它直接影响着植物后续的生长、繁殖以及作物的产量和质量。大豆作为全球重要的油籽和饲料作物，其种子萌发特性对于农业生产至关重要。然而，大豆种子富含蛋白质和油脂，这使得它们在收获前极易受到高温高湿环境的影响，导致种子品质下降、活力降低，进而影响大豆的产量和质量。在实际种植中，种子能否及时且整齐地萌发，对大豆的最终产量有着决定性作用。因此，深入探究大豆种子萌发的机制，找到调控种子休眠与萌发平衡的方法，成为农业科研领域的重要课题。

鞘脂类物质是细胞膜脂筏的主要成分，广泛参与植物细胞的各种生理过程，包括维持细胞膜的结构完整性、介导细胞信号传导以及帮助植物应对各种生物和非生物胁迫。鞘脂类物质的分子结构由长链碱基、长链脂肪酸或超长链脂肪酸以及极性头部基团组成，其结构的多样性决定了功能的多样性。尽管鞘脂类物质在植物生长和胁迫响应中的作用已被广泛研究，但它们在种子休眠和萌发过程中的功能却鲜为人知。

为了深入研究鞘脂类物质在大豆种子萌发中的作用，研究人员采用了化学生物学方法，向种子萌发环境中添加 C24 植物神经酰胺 t18:0/24:0，观察其对种子萌发的影响。同时，运用转录组分析和鞘脂组学技术，对不同萌发时间的大豆种子进行检测，分析基因表达和鞘脂类物质含量的动态变化。此外，通过构建过表达 GmSLD1 基因的转基因大豆植株，进一步探究基因功能与种子萌发之间的关系。

实验结果显示，在大豆种子萌发过程中添加 C24 植物神经酰胺 t18:0/24:0，能够显著加快种子的萌发速度。与未添加的对照组相比，处理组种子在浸种 24 小时后的发芽率约为 48.3%，而对照组仅为 29.2%；到浸种 36 小时时，处理组发芽率升至 85.8%，对照组仅为 54.2%。这表明外源施加 C24 植物神经酰胺 t18:0/24:0 可以有效促进大豆种子的萌发。

通过对不同萌发时间的大豆种子进行转录组分析，研究人员发现，随着种子萌发进程的推进，差异表达基因的数量显著增多。对这些差异表达基因进行功能分析后发现，它们主要富集在光合作用、脂质代谢、信号转导等生物学过程和代谢途径中。这表明在种子萌发过程中，细胞内的代谢活动发生了显著变化，众多基因协同参与，共同推动种子从休眠状态向萌发状态转变。

DEGs的GO和KEGG富集分析

在鞘脂组学分析中，研究人员发现，在大豆种子萌发过程中，简单鞘脂类物质的含量呈上升趋势，而复杂鞘脂类物质的含量逐渐下降。进一步分析发现，饱和简单鞘脂，如神经酰胺 d18:0/16:0、神经酰胺 d18:0/22:0 和植物神经酰胺 t18:0/24:0，与种子萌发率以及特定基因模块的表达呈正相关。这表明这些饱和简单鞘脂可能在种子萌发过程中发挥着积极的促进作用。

大豆种子萌发过程中鞘脂组学分析

为了验证这一推测，科研团队对参与鞘脂合成的关键基因进行了研究。结果发现，部分基因如 Gm8DES、GmSBH2 和 GmSPHK 在种子萌发过程中的表达水平逐渐降低。同时，过表达 GmSLD1 基因的转基因大豆植株表现出强烈的种子休眠表型，发芽率明显降低。深入研究发现，GmSLD1 过表达会导致种子中赤霉素（GA）含量减少，脱落酸（ABA）含量增加，GA/ABA 比值降低，进而影响种子的休眠和萌发。这一系列实验结果充分证明，饱和简单鞘脂通过调节 GA/ABA 比值，在大豆种子萌发过程中发挥着关键作用。

GmSLD1过表达系种子中GA和ABA含量

这项研究成果在大豆种植和农业生产领域具有重要的应用价值。它揭示了大豆种子萌发的新机制，为大豆的遗传育种提供了重要的理论依据。育种专家可以依据这些发现，精准调控大豆种子的休眠和萌发特性，培育出更适应不同环境条件、产量更高、品质更优的大豆品种，从而提高大豆的生产效率和质量，保障全球粮食安全。