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化與適應(yīng)課題組，以全新的研究揭示了假基因的不同進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行比較基因組學(xué)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(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。
進一步對蕓苔屬植物的芥子油苷含量和類型進行檢測，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)生了擴張，而這些擴張的基因在白菜中進化成為假基因。轉(zhuǎn)基因試驗顯示，在白菜中通過表達擴張的蔓菁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，可減少三種代謝物的含量，這表明MAM基因的擴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。“前人也發(fā)現(xiàn)，甘藍的三個AOP2基因中，其中兩個是假基因促使了甘藍中蘿卜硫苷物質(zhì)含量增高，但蔓菁和白菜中都有3個功能型AOP2基因。”楊永平說。
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，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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