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科研進展

苦苣苔科高鈣蔬菜風味代謝研究取得新進展

作者: 瀕危植物與保育遺傳研究組 張弋  來源:原創  發布時間:2023-09-15  瀏覽數:2148  
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苦苣苔科報春苣苔屬牛耳朵(Primulina eburnea)因葉片活性鈣含量高,是開發高鈣蔬菜的理想材料。近年來,中國科學院廬山植物園瀕危植物與保育遺傳研究組以牛耳朵為研究材料,進行了系統的超高鈣蔬菜馴化育種和研究工作,致力于培育鈣含量高,口感滋味好、生長量大的理想材料。

口感和風味性狀是蔬菜馴化改良的重要目標,牛耳朵葉片纖維素和類黃酮是影響其口感和風味的主要物質,研究其口感和風味決定物質代謝的分子機制,對高鈣蔬菜育種具有重要意義。課題組對牛耳多全基因組中涉及纖維素合成的所有結構基因進行鑒定及系統分析,結合基因表達譜和生理指標,篩選了纖維素合成通路的候選基因。通過外源添加氮素實驗實現了降低纖維素的目標,并最終明確了由14個基因組成的“纖維素工具箱”作為后續馴化改良的候選基因(圖1)。

圖一: 施加氮肥降低了纖維素含量及相關基因的表達量

在牛耳多風味及營養物質的代謝方面,課題組通過結合高分辨質譜、基因表達譜和生理指標分析,構建了牛耳多在生長發育過程中品質變化及調控輪廓。在葉片發育過程中,氨基酸類和有機酸類等風味代謝物以及類黃酮、生物堿等營養代謝物含量隨葉片的成熟而下降,但萜類物質、淀粉含量和水溶性鈣含量則在成熟葉中顯著升高(圖2和圖3)。結合基因表達譜、共表達網絡和順式作用元件分析,鑒定和預測了風味和營養代謝通路的重要結構基因和調控這些結構基因的轉錄因子。

圖二:葉片發育過程中重要風味及營養物質含量變化趨勢

圖三: 葉片發育過程中水溶性鈣含量及相關調控基因表達變化趨勢

研究工作對高鈣蔬菜牛耳多的栽培提供了理論指導,為高鈣蔬菜品質改良提供了重要的基因資源。研究成果已于近期發表在國際學術期刊BMC plant biology (中科院二區,IF 2022 = 5.3)和Agronomy-Basel (中科院二區,IF 2022 = 3.7)上。該研究得到了中國科學院戰略生物資源項目(KFJ-BRP-007-013)和廬山植物園專項(2021ZWZX18)項目的支持。

相關論文信息:

      https://doi.org/10.1186/s12870-023-04266-z

       https://doi.org/10.3390/agronomy13082157

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