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多彩油菜花不是夢:華中農大油菜團隊在花色形成機制研究中取得新進展

核心提示: 近日,國際學術期刊The Plant Journal正式刊出了我校傅廷棟院士團隊題為“Gene silencing of BnaA09.ZEP and BnaC09.ZEP confers orange color in Brassica napus flowers”的研究論文。該研究結果為揭示油菜花色形成的分子機制提供了理論基礎,為利用生物工程技術改良油菜花色,創造多彩油菜種質資源提供理論依據。

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南湖新聞網訊(通訊員 葉沈華)近日,我校油菜遺傳育種傅廷棟院士團隊在國際學術期刊The Plant Journal 發表了題為“Gene silencing of BnaA09.ZEP and BnaC09.ZEP confers orange color in Brassica napus flowers”的研究論文。該研究表明,甘藍型油菜中編碼玉米黃質環化酶(ZEP)的兩個同源基因BnaA09.ZEP 和 BnaC09.ZEP同時突變會影響花瓣中類胡蘿蔔素的生物合成,從而導致黃花轉變成橙花。該結果為揭示油菜花色形成的分子機制提供了理論基礎,為利用生物工程技術改良油菜花色,創造多彩油菜種質資源提供理論依據。

近年來,油菜花旅遊業蓬勃發展,油菜觀賞性狀的遺傳改良也逐漸受到科研工作者的重視。雖然目前已知油菜黃花表型主要由類胡蘿蔔素決定,但除了該團隊在2015年報道過的白花基因,鮮有研究對油菜花色基因進行了克隆和功能研究。

該研究通過圖位克隆的方法分離鑑定了甘藍型油菜花色關鍵基因BnaA09.ZEP 和 BnaC09.ZEP,並研究了其功能。ZEP基因在甘藍型油菜中有四個同源拷貝, BnaA09.ZEP和BnaC09.ZEP主要在花中表達,而BnaA07.ZEP和BnaC07.ZEP在葉片中優勢表達。轉基因互補和CRISPR實驗表明,BnaA09.ZEP和BnaC09.ZEP同時沉默導致花色由黃花突變為橙花,單個BnaA09.ZEP或BnaC09.ZEP的導入可使花色恢復為黃色,暗示了ZEP基因在油菜中存在功能冗餘和器官特異的功能分化。HPLC、轉錄組和代謝組結果表明,BnaA07.ZEP和BnaC07.ZEP的沉默可能引起了類胡蘿蔔素合成路徑的反饋調節,α-胡蘿蔔素和β-胡蘿蔔素支路的關鍵基因均發生了顯著的表達變化,從而使得紫黃質的生物合成大大減少,而葉黃素大量積累,花色呈現橙色;另一方面,這兩個基因的突變也導致類黃酮合成路徑關鍵轉錄因子和結構基因發生顯著的表達變化,不同顏色的花瓣中類黃酮組分也有很大差異,暗示了類胡蘿蔔素和類黃酮合成路徑的協調調控。

華中農大植物科學技術學院博士研究生劉英軍為論文第一作者,文靜副教授為論文通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家留學基金管理委員會、現代農業產業技術體系等項目資助。

論文鏈接//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.14970

審核人:文靜 熊秋芳

責任編輯:劉濤