現(xiàn)代栽培大豆（Glycine max）約在 5,000-6,000 年前由野生大豆在中國被馴化，隨后逐步傳播至亞洲、歐洲、北美、南美等不同國家和地區(qū)，形成了形形色色的各地優(yōu)良品種，為人類和動物提供了主要的植物油脂和蛋白質來源，已經(jīng)成為全球最重要的糧油作物之一。然而，目前大豆品種培育的速度遠遠不能滿足全球的需求。

在長期的馴化、傳播和改良過程中，世界各地大豆種質資源無論與原始野生種相比，還是相互之間比較，在植株形態(tài)、生態(tài)適應性、生產(chǎn)特性等方面都發(fā)生了巨大變化和分化。然而，關于大豆種質資源演化一些重要問題并不清楚，例如是哪些基因在其中起到了重要的推動作用？大豆馴化過程和起源地以及哪些基因起到?jīng)Q定作用？ 解析大豆種質資源遺傳基礎，深刻理解性狀形成的決定基因，對大豆種質資源利用和優(yōu)良品種培育具有重要意義。

2025年10月1日，崖州灣國家實驗室田志喜團隊在Cell 發(fā)表了題為“Genomic atlas of 8,105 accessions reveals stepwise domestication, global dissemination, and improvement trajectories in soybean”的研究論文。該研究利用前人測定的 8,105 份覆蓋野生型、地方品種和現(xiàn)代栽培品種的大豆種質資源基因組信息，開展了系統(tǒng)的比較基因組分析，揭示了大豆馴化、傳播和改良的基因選擇軌跡，為大豆進化研究和未來分子設計育種提供了理論基礎。

圖1 大豆的馴化、傳播與改良過程

揭示大豆馴化呈現(xiàn)分步選擇模式

研究團隊系統(tǒng)分析了8,105份大豆材料的進化關系和群體結構，發(fā)現(xiàn)黑豆在進化上處于野生和被馴化品種的中間位置。進一步選擇分析發(fā)現(xiàn)，大豆性狀呈現(xiàn)分步選擇模式。例如，在黑豆材料中控制種子休眠的G基因和調控裂莢性的 GmNST1A尚未被完全選擇，而農(nóng)家種和栽培種中幾乎被完全選擇固定。部分性狀，例如種皮顏色也是在黑豆-農(nóng)家種這一階段才經(jīng)歷了高強度的人工選擇。群體遺傳分析也證明野生大豆、黑豆和農(nóng)家種之間存在復雜的基因流現(xiàn)象。這些發(fā)現(xiàn)首次明確了黑豆的過渡地位，豐富了大豆的馴化模型。

圖2 大豆逐步馴化過程和不同階段的馴化基因

提出大豆兩個獨立的馴化中心假說

進一步進化分析發(fā)現(xiàn)，黑豆可以分為兩個主要分支（分支1和分支2），分支1主要分布于中國的黃淮海地區(qū)，分支2主要分布于中國的西北地區(qū)（山西、陜西）。結合中國的考古記錄和一些古典文獻，首次提出存在兩個獨立的大豆馴化中心：一個位于中國黃淮海地區(qū)，另一個位中國于西北地區(qū)。這些結果為長期存在的大豆馴化中心爭議提供了全新的證據(jù)。

圖3 兩個黑豆分支在中國的地理分布

闡明大豆全球選擇壓力與改良目標差異

系統(tǒng)比較了不同國家、不同地區(qū)大豆種質資源在重要性狀調控基因的選擇差異，挖掘到大量與生態(tài)適應性、生產(chǎn)特性分化相關的選擇基因，如 E2、Tof8、E1、GmFT5b 等。發(fā)現(xiàn)大豆裂莢性相關基因GmSHAT1-5和Pdh1、生長習性相關基因Dt1等眾多基因在不同國家存在不同的選擇模式，體現(xiàn)出大豆育種的地區(qū)偏好性。同時，也發(fā)現(xiàn)在中國不同年代的品種培育中，改良目標也呈現(xiàn)明顯的歷史轉變：建國初期以高蛋白為主，而近年來更強調高產(chǎn)、高油和抗逆性。研究還結合中國審定品種的表型數(shù)據(jù)和全基因組關聯(lián)分析，研究定位到新的候選基因 GmSWEET30a，為未來大豆品質改良提供了新的分子靶點。

圖4 大豆在全球傳播過程中的受選擇基因

構建大豆基因組資源平臺

基于8,105份大豆品種和被選擇基因信息，研究團隊構建了高密度大豆全基因組變異圖譜和數(shù)量性狀核苷酸（QTN）庫，并開發(fā)了面向全球科研群體的在線數(shù)據(jù)庫。

綜上，該研究從歷史和地理的維度繪制了一幅清晰的大豆在馴化、傳播、改良過程中關鍵基因選擇圖譜“畫卷”，并 提出了新的大豆起源假說。相關發(fā)現(xiàn)不僅為理解作物馴化與改良的一般規(guī)律提供了新的視角，也為充分利用種質資源開展分子設計育種奠定了堅實的理論基礎和數(shù)據(jù)平臺。

崖州灣國家實驗室大豆種子創(chuàng)新團隊首席科學家田志喜為該論文的通訊作者。崖州灣國家實驗室朱舟博士后，王亞琳博士后為該論文的共同第一作者。崖州灣國家實驗室主任科學家劉書林，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王守冬研究員，國家基因組科學數(shù)據(jù)中心宋述慧教授為研究提供了重要幫助。崖州灣國家實驗室在讀博士生李舉旭，崖州灣國家實驗室主任科學家房超，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所劉羽誠研究員，南京林業(yè)大學楊霄月博士參與了研究。該研究得到了崖州灣國家實驗室、國家自然科學基金、科學探索獎、泰山學者等項目支持。

數(shù)據(jù)庫鏈接：

https://ngdc.cncb.ac.cn/soyomics/breedingtips

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)01038-4