苦苣苔科高鈣蔬菜風(fēng)味代謝研究取得新進(jìn)展
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(fā)高鈣蔬菜的理想材料。近年來，中國科學(xué)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(jìn)行了系統(tǒng)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(fēng)味性狀是蔬菜馴化改良的重要目標(biāo)，牛耳朵葉片纖維素和類黃酮是影響其口感和風(fēng)味的主要物質(zhì)，研究其口感和風(fēng)味決定物質(zhì)代謝的分子機(jī)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(jié)構(gòu)基因進(jìn)行鑒定及系統(tǒng)分析，結(jié)合基因表達(dá)譜和生理指標(biāo)，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(xiàn)了降低纖維素的目標(biāo)，并最終明確了由14個基因組成的“纖維素工具箱”作為后續(xù)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(guān)基因的表達(dá)量
在牛耳多風(fēng)味及營養(yǎng)物質(zhì)的代謝方面，課題組通過結(jié)合高分辨質(zhì)譜、基因表達(dá)譜和生理指標(biāo)分析，構(gòu)建了牛耳多在生長發(fā)育過程中品質(zhì)變化及調(diào)控輪廓。在葉片發(fā)育過程中，氨基酸類和有機(jī)酸類等風(fēng)味代謝物以及類黃酮、生物堿等營養(yǎng)代謝物含量隨葉片的成熟而下降，但萜類物質(zhì)、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(jié)合基因表達(dá)譜、共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)和順式作用元件分析，鑒定和預(yù)測了風(fēng)味和營養(yǎng)代謝通路的重要結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控這些結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄因子。
圖二：葉片發(fā)育過程中重要風(fēng)味及營養(yǎng)物質(zhì)含量變化趨勢
圖三： 葉片發(fā)育過程中水溶性鈣含量及相關(guān)調(diào)控基因表達(dá)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(dǎo)，為高鈣蔬菜品質(zhì)改良提供了重要的基因資源。研究成果已于近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊BMC plant biology (中科院二區(qū)，IF 2022 = 5.3)和Agronomy-Basel (中科院二區(qū)，IF 2022 = 3.7)上。該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)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。
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