环球微头条丨假基因,让“辣”蔓菁与“甜”白菜风味迥异

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日期:2022-09-20 22:27:20    来源:科技日报    

科技日报记者 赵汉斌

蔓菁隶属于十字花科芸苔属,是我国青藏高原藏族和西南地区彝族群众传统种植的作物,具有药用、食用、饲用等价值。近日,中国科学院昆明植物研究所青藏高原植物进化与适应课题组,以全新的研究揭示了假基因的不同进化模式对芸苔属亚种蔓菁和白菜风味差异的影响。国际期刊《植物通讯》发表了相关研究成果。


(资料图片)

青藏高原种植的蔓菁

“相比于其他芸苔属AA基因组蔬菜,蔓菁具有较强辛辣味。通过研究我们发现,芸苔属蔬菜的风味差异,主要受自身产生的芥子油苷及其水解产物的含量和类型决定。”课题组负责人、论文通讯作者杨永平研究员介绍说。

课题组通过对青藏高原的蔓菁进行全基因组测序以及与已经发表的芸苔属二倍体近缘种进行比较基因组学及假基因的进化模式分析、脂肪族芥子油苷代谢分析和基因功能分析,揭示脂肪族芥子油苷代谢通路中假基因的不同进化模式对芸苔属亚种蔓菁和白菜风味差异的影响。

农户收获蔓菁

研究发现,假基因的数量在芸苔属近缘种间差异较大,并在染色体上呈不对称性分布。同属于AA基因组的芸苔属植物中,白菜基因组中假基因的进化速率快于蔓菁,其功能主要与植物代谢合成相关,推测是造成蔓菁和白菜风味的多样性的主要原因之一。

进一步对芸苔属植物的芥子油苷含量和类型进行检测,研究人员发现蔓菁中与辛辣味有关的4种脂肪族芥子油苷代谢物含量最高,而且合成这些代谢物的上游关键基因MAM在蔓菁中发生了扩张,而这些扩张的基因在白菜中进化成为假基因。转基因试验显示,在白菜中通过表达扩张的蔓菁MAM基因,可提高其中两种代谢物的含量,在蔓菁中通过RNAi技术抑制这些基因的表达,可减少三种代谢物的含量,这表明MAM基因的扩张是蔓菁具有较多辛辣物质的主要原因。

蔓菁晾晒过程

在脂肪族芥子油苷代谢通路中,AOP2也是与风味和萝卜硫苷相关的关键基因,而萝卜硫苷的降解产物萝卜硫素具有抗癌作用。“前人也发现,甘蓝的三个AOP2基因中,其中两个是假基因促使了甘蓝中萝卜硫苷物质含量增高,但蔓菁和白菜中都有3个功能型AOP2基因。”杨永平说。

假基因在芸苔属不同物种及亚种间的差异分析示意图

此项研究利用RNAi技术,抑制了蔓菁和白菜中AOP2基因的表达,增加了蔓菁和白菜中萝卜硫苷物质的含量,让口感不佳的蔓菁辛辣味降低。这表明,蔓菁和白菜的假基因差异影响与风味相关的脂肪族芥子油苷代谢通路相关基因的进化,最终导致蔓菁和白菜的风味差异。此项研究,将为芸苔属作物育种提供新的参考。

(图片由杨永平拍摄、提供)

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