科技日報記者 趙漢斌
蔓菁隸屬于十字花科蕓苔屬，是我國青藏高原藏族和西南地區(qū)彝族群眾傳統(tǒng)種植的作物，具有藥用、食用、飼用等價值。近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所青藏高原植物進(jìn)化與適應(yīng)課題組，以全新的研究揭示了假基因的不同進(jìn)化模式對蕓苔屬亞種蔓菁和白菜風(fēng)味差異的影響。國際期刊《植物通訊》發(fā)表了相關(guān)研究成果。
(資料圖片)
青藏高原種植的蔓菁
“相比于其他蕓苔屬AA基因組蔬菜，蔓菁具有較強辛辣味。通過研究我們發(fā)現(xiàn)，蕓苔屬蔬菜的風(fēng)味差異，主要受自身產(chǎn)生的芥子油苷及其水解產(chǎn)物的含量和類型決定。”課題組負(fù)責(zé)人、論文通訊作者楊永平研究員介紹說。
課題組通過對青藏高原的蔓菁進(jìn)行全基因組測序以及與已經(jīng)發(fā)表的蕓苔屬二倍體近緣種進(jìn)行比較基因組學(xué)及假基因的進(jìn)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(jìn)化模式對蕓苔屬亞種蔓菁和白菜風(fēng)味差異的影響。
農(nóng)戶收獲蔓菁
研究發(fā)現(xiàn)，假基因的數(shù)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(jìn)化速率快于蔓菁，其功能主要與植物代謝合成相關(guān)，推測是造成蔓菁和白菜風(fēng)味的多樣性的主要原因之一。
進(jìn)一步對蕓苔屬植物的芥子油苷含量和類型進(jìn)行檢測，研究人員發(fā)現(xiàn)蔓菁中與辛辣味有關(guān)的4種脂肪族芥子油苷代謝物含量最高，而且合成這些代謝物的上游關(guān)鍵基因MAM在蔓菁中發(fā)生了擴(kuò)張，而這些擴(kuò)張的基因在白菜中進(jìn)化成為假基因。轉(zhuǎn)基因試驗顯示，在白菜中通過表達(dá)擴(kuò)張的蔓菁MAM基因，可提高其中兩種代謝物的含量，在蔓菁中通過RNAi技術(shù)抑制這些基因的表達(dá)，可減少三種代謝物的含量，這表明MAM基因的擴(kuò)張是蔓菁具有較多辛辣物質(zhì)的主要原因。
蔓菁晾曬過程
在脂肪族芥子油苷代謝通路中，AOP2也是與風(fēng)味和蘿卜硫苷相關(guān)的關(guān)鍵基因，而蘿卜硫苷的降解產(chǎn)物蘿卜硫素具有抗癌作用?！扒叭艘舶l(fā)現(xiàn)，甘藍(lán)的三個AOP2基因中，其中兩個是假基因促使了甘藍(lán)中蘿卜硫苷物質(zhì)含量增高，但蔓菁和白菜中都有3個功能型AOP2基因?！睏钣榔秸f。
假基因在蕓苔屬不同物種及亞種間的差異分析示意圖
此項研究利用RNAi技術(shù)，抑制了蔓菁和白菜中AOP2基因的表達(dá)，增加了蔓菁和白菜中蘿卜硫苷物質(zhì)的含量，讓口感不佳的蔓菁辛辣味降低。這表明，蔓菁和白菜的假基因差異影響與風(fēng)味相關(guān)的脂肪族芥子油苷代謝通路相關(guān)基因的進(jìn)化，最終導(dǎo)致蔓菁和白菜的風(fēng)味差異。此項研究，將為蕓苔屬作物育種提供新的參考。
（圖片由楊永平拍攝、提供）
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