科学视点

东北地理所黄金勾豆荚颜色变异及类黄酮物质代谢研究获进展

  菜豆是食用豆类之一,具有品种繁多、表型特征差异大、基因组小以及繁殖周期短等特点,是研究豆科植物基因功能的重要资源。黄金勾是我国北方的菜豆品种,突出特点是肉厚、纤维少、营养丰富。中国科学院东北地理与农业生态研究所通过辐射诱变构建黄金勾突变体库,在3500株M3代单株株行中,生育期(开花期与成熟期)、叶部性状、株型、育性及豆荚或种皮颜色等性状均表现出变异。

  野生型黄金勾的豆荚随着生长快速褪绿变黄,而在突变体库中,出现较高比例的绿色豆荚突变体,且一直保持绿色。为研究黄金勾豆荚褪绿及类黄酮营养成分的变化,对3个发育阶段的豆荚进行转录组和代谢组测序。随着豆荚的发育,叶绿素含量降低,在野生型黄金勾中下降速率更快。对叶绿素代谢通路分析发现,叶绿素降解基因红色叶绿素降解产物还原酶(RCCR)在黄金勾绿色小豆荚中高表达,而在绿色豆荚突变体中表达量较低,推测该基因是黄金勾豆荚褪绿的关键基因。同时,绿色豆荚突变体豆荚质地较硬,烹饪口感差,通过测定纤维素含量,发现绿色豆荚突变体中纤维素含量显著高于野生型,且与野生型相比,绿色豆荚突变体中叶纤维素合成基因表达量上调。通过豆荚代谢组研究,共检测到154种类黄酮物质,随着豆荚发育,多数类黄酮物质含量降低。在黄金勾中,柚皮苷、牡荆素-2-O-鼠李糖苷、异槲皮甙、槲皮素、山奈酚、紫云英苷和芒柄花苷含量较高;在绿色豆荚突变体中,木犀草素、芹菜素、李属异黄酮、鹰嘴豆素、黄颜木素含量较高。该研究从生理和分子水平揭示黄金勾豆荚褪绿的机制,并对豆荚发育过程中类黄酮物质进行代谢分析,为解析营养物质变化提供理论基础。

  研究工作得到国家重点研发项目、中科院重点部署项目及国家自然科学基金等的资助。

  论文链接

野生型与绿荚突变体豆荚颜色变化模式图


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