大豆是我国重要的粮油饲兼用作物，种子大小与油脂含量是决定其产量与品质的重要农艺性状。源—库间碳分配效率直接调控光合产物向种子的转运与积累，解析种子碳分配的分子调控机制对大豆高产优质育种具有重要价值。然而，传统全种子混合组织测序难以区分种子内部复杂的空间结构与细胞异质性，制约了大豆产量形成关键基因靶点的发掘。近日，中国科学院昆明植物研究所团队利用高分辨率时空转录组技术，对大豆不同发育阶段种子进行系统解析，完成种子细胞类型的精准鉴定。研究共识别出17种细胞类型及249个标记基因，并锁定位于种皮韧皮部区域的C0与C8细胞簇，明确其为蔗糖转运与代谢的核心功能位点。团队系统解析了糖代谢与转运相关家族基因的表达特征，发现其呈现明显的细胞类型偏好性，且表达模式随种子发育发生动态变化。研究阐明了种子韧皮部特异表达的细胞壁蔗糖转化酶基因GmCWINV4的生物学功能。实验表明，该蛋白定位于细胞壁并具备蔗糖水解活性。大豆体内过表达GmCWINV4可显著增大种子体积、提高百粒重，并提升油脂和糖积累水平。单倍型分析显示，该基因在驯化过程中经历了显著的选择，栽培大豆中其表达水平显著升高。此外，研究还筛选到锌指同源结构域转录因子GmZF-HD27与GmZF-HD36，证实二者能直接结合GmCWINV4启动子激活其转录，且蔗糖可作为上游信号诱导GmZF-HD36表达，从而揭示了ZF-HD-GmCWINV4模块调控种子碳分配与大小的分子网络。相关研究成果发表在《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）上。研究工作得到云南省基础研究计划等的支持。论文链接大豆ZF-HD-GmCWINV4模块调控种子碳分配与大小的工作模型