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  • 昆明植物所揭示蔓菁與白菜的風味差異

    昆明植物研究所 尹欣,楊云強 2022-09-14

      蔓菁(Brassica rapa ssp. rapa)隸屬于十字花科蕓屬,是我國青藏高原藏族和西南地區彝族傳統種植的作物,具有藥用、食用、飼用等價值。中國科學院昆明植物研究所青藏高原植物進化與適應專題組前期發現,相比于其他蕓AA基因組蔬菜,蔓菁具有較強辛辣味,而蕓苔屬蔬菜的風味差異主要受自身產生的芥子油苷及其水解產物的含量和類型決定。 

      近日,該專題組在Plant Communications上發表題為Differences in pseudogene evolution contributed to the contrasting flavors of turnip and Chiifu, two Brassica rapa subspecies的研究論文。通過對青藏高原的蔓菁進行全基因組測序以及與已經發表的蕓苔屬二倍體近緣種進行比較基因組學及假基因的進化模式分析、脂肪族芥子油苷代謝分析和基因功能分析,揭示脂肪族芥子油苷代謝通路中假基因的不同進化模式對蕓苔屬亞種蔓菁和白菜風味差異的影響,為蕓苔屬作物的育種提供指導作用。 

      研究發現,假基因的數量在蕓苔屬近緣種間差異較大,并在染色體上呈不對稱性分布。同屬于AA基因組的蕓苔屬植物中,白菜基因組中假基因的進化速率快于蔓菁,其功能主要與植物代謝合成相關,推測是造成蔓菁和白菜風味的多樣性的主要原因之一。 

     

    1 .假基因在蕓苔屬不同物種/亞種間的差異分析。 

      進一步對蕓苔屬植物的芥子油苷含量和類型檢測,發現蔓菁中與辛辣味有關的4種脂肪族芥子油苷代謝物(Gluconapin,Progoitrin,GlucobrassicanapinGluconapoleiferin含量最高。4種代謝物合成的上游關鍵基因MAM在蔓菁中發生了擴張,而這些擴張的基因在白菜中進化成為假基因。轉基因試驗顯示,在白菜中過表達擴張的蔓菁MAM基因可以提高GlucobrassicanapinGluconapoleiferin的含量,在蔓菁中通過RNAi技術抑制這些基因的表達可以減少Gluconapin,Progoitrin Glucobrassicanapin的含量,這表明MAM基因的擴張是導致蔓菁具較多辛辣物質的主要原因。 

     

    2. 蕓苔屬物種/亞種間MAM假基因的鑒定及在蔓菁和白菜中MAM假基因的功能驗證。 

      在脂肪族芥子油苷代謝通路中,AOP2也是與風味和Glucoraphanin(其降解產物蘿卜硫素具有抗癌作用)相關的關鍵基因。前人的研究發現苷藍中的三個AOP2基因,其中的兩個是假基因促使了苷藍中蘿卜硫苷物質含量的增高。然而,蔓菁和白菜中都有3功能型AOP2基因。該研究利用RNAi技術抑制蔓菁和白菜中AOP2基因的表達,增加了蔓菁和白菜中蘿卜硫苷物質的含量,并造成蔓菁辛辣味降低。以上結果表明,蔓菁和白菜的假基因差異影響與風味相關的脂肪族芥子油苷代謝通路相關基因的進化,最終導致了蔓菁和白菜的風味差異。此項研究為蕓苔屬作物育種提供了參考。 

      文章鏈接

     

    3. 蕓苔屬物種/亞種間AOP2基因的進化特征及利用RNAi技術分別沉默蔓菁和白菜中的三個AOP2基因并檢測脂肪族芥子油苷代謝物質的含量。 

     

    4. 脂肪族芥子油苷代謝通路中假基因的不同進化模式對蕓苔屬亞種蔓菁和白菜風味差異的影響。 

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