豆科（Fabaceae）是被子植物中经济价值最高的科之一，包含约850个属、22000余个物种。其标志性器官——荚果，既是繁殖结构，又是全球粮食与蔬菜供给安全的重要营养载体：从菜豆、豌豆、豇豆等蔬菜豆，到大豆、花生、鹰嘴豆等籽粒豆，荚果的大小、开裂性、质地与颜色直接关联产量形成、品质优劣与商品价值。与拟南芥角果相比，豆科荚果具有腹背缝线分化、由心皮边缘发育形成的真隔膜，以及驯化过程中由开裂向不开裂转变等特有性状，但其分子调控机制长期以来缺乏系统梳理。

近日，中国科学院东北地理与农业生态研究所夏正俊研究员团队联合吉林省农业科学院王跃强研究员团队，系统综述了豆科作物荚果发育的遗传网络、激素调控与育种应用研究进展。研究以拟南芥为参照，比较了大豆、菜豆、豌豆、蒺藜苜蓿等核心豆科物种，围绕ABCDE花器官决定模型，揭示了MADS-box基因（FUL、SHP、AG、SEP等）通过谱系特异性基因复制、顺式调控重编程与新功能化，塑造了豆科特有的心皮边缘分生组织、真隔膜与瓣膜边缘分化等发育特征（图1）。在此基础上，进一步解析了荚果四大重要性状的多层调控网络：荚果大小（CYP78A、miR396-GRF、WOX、KIX8-1/SW17等）、荚果开裂（SHP/IND/ALC通路、PDH1、SHAT1-5、NAC）、果皮质地（NAC-MYB木质素合成级联、PsCLE41/44、果胶代谢）与荚果颜色（MYB-bHLH-WD40复合体、SGR叶绿素降解）；同时整合了生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸等激素信号与DNA甲基化、组蛋白修饰、miRNA/lncRNA等非编码RNA调控的互作机制。

研究还汇总了主要豆科作物荚果性状改良已验证的QTL、功能标记与CRISPR-Cas9编辑靶点，提出未来三大科学问题——心皮边缘分生组织活性维持机制、果皮成熟中表观记忆与环境信号的整合、开裂—不开裂转变的调控开关；并凝练三大育种优先方向——抗裂荚基因精准编辑适配机械化收获、多性状QTL分子标记聚合、未充分利用豆科作物的基因组加速驯化）。

该综述首次将豆科荚果发育“保守框架—特异性创新”的演化逻辑与激素—转录—表观—非编码RNA多层调控网络系统整合，搭建了从基础发育生物学到分子育种的桥梁，为抗裂荚宜机收品种培育、多性状分子设计育种及未充分利用豆科作物的快速改良提供了清晰的路线图，对保障粮食安全、推动园艺豆科作物产业升级具有重要意义。

图1. 豆科荚果发育关键基因调控网络

研究成果近期发表在农林科学领域重要国际期刊Horticultural Plant Journal上。中国科学院东北地理与农业生态研究所联合培养研究生王海燕为论文第一作者，吉林省农业科学院王跃强研究员与中国科学院东北地理与农业生态研究所夏正俊研究员为通讯作者，童意、周灿、李玉秋研究员、徐坤副研究员、李艳华研究员参与了综述的写作工作。研究获得黑龙江省自然科学基金“研究团队”项目（TD2023C005）、国家自然科学基金面上项目（32272094）与中国科学院先导项目（XDA28070404）的资助。

论文信息：Haiyan Wang, Yi Tong, Can Zhou, Yanhua Li, Kun Xu, Yuqiu Li, Yueqiang Wang*, Zhengjun Xia*.Molecular regulation of pod development in legume: genetic networks, hormonal control and breeding applications. Horticultural Plant Journal, 2026.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014126002475