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科研进展

苦苣苔科高钙蔬菜风味代谢研究取得新进展

作者: 濒危植物与保育遗传研究组 张弋  来源:原创  发布时间:2023-09-15  浏览数:2642  
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苦苣苔科报春苣苔属牛耳朵(Primulina eburnea)因叶片活性钙含量高,是开发高钙蔬菜的理想材料。近年来,中国科学院庐山植物园濒危植物与保育遗传研究组以牛耳朵为研究材料,进行了系统的超高钙蔬菜驯化育种和研究工作,致力于培育钙含量高,口感滋味好、生长量大的理想材料。

口感和风味性状是蔬菜驯化改良的重要目标,牛耳朵叶片纤维素和类黄酮是影响其口感和风味的主要物质,研究其口感和风味决定物质代谢的分子机制,对高钙蔬菜育种具有重要意义。课题组对牛耳多全基因组中涉及纤维素合成的所有结构基因进行鉴定及系统分析,结合基因表达谱和生理指标,筛选了纤维素合成通路的候选基因。通过外源添加氮素实验实现了降低纤维素的目标,并最终明确了由14个基因组成的“纤维素工具箱”作为后续驯化改良的候选基因(图1)。

图一: 施加氮肥降低了纤维素含量及相关基因的表达量

在牛耳多风味及营养物质的代谢方面,课题组通过结合高分辨质谱、基因表达谱和生理指标分析,构建了牛耳多在生长发育过程中品质变化及调控轮廓。在叶片发育过程中,氨基酸类和有机酸类等风味代谢物以及类黄酮、生物碱等营养代谢物含量随叶片的成熟而下降,但萜类物质、淀粉含量和水溶性钙含量则在成熟叶中显著升高(图2和图3)。结合基因表达谱、共表达网络和顺式作用元件分析,鉴定和预测了风味和营养代谢通路的重要结构基因和调控这些结构基因的转录因子。

图二:叶片发育过程中重要风味及营养物质含量变化趋势

图三: 叶片发育过程中水溶性钙含量及相关调控基因表达变化趋势

研究工作对高钙蔬菜牛耳多的栽培提供了理论指导,为高钙蔬菜品质改良提供了重要的基因资源。研究成果已于近期发表在国际学术期刊BMC plant biology (中科院二区,IF 2022 = 5.3)和Agronomy-Basel (中科院二区,IF 2022 = 3.7)上。该研究得到了中国科学院战略生物资源项目(KFJ-BRP-007-013)和庐山植物园专项(2021ZWZX18)项目的支持。

相关论文信息:

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

       https://doi.org/10.3390/agronomy13082157