生菜葉色的遺傳和分子機(jī)理研究取得進(jìn)展

2019 年7 月，國(guó)際刊物《Plant Biotechnology Journal》在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生菜團(tuán)隊(duì)陳炯炯課題組題為“Characterization of four polymorphic genes controlling red leaf color in lettuce that have undergone disruptive selection since domestication”的研究論文，報(bào)道了通過(guò)正向遺傳學(xué)的方法克隆到4 個(gè)調(diào)控生菜花青素合成的基因，闡明了生菜葉色的遺傳和分子機(jī)理，為生菜改良和育種奠定了理論基礎(chǔ)。

花青素是一種重要的代謝產(chǎn)物，能幫助植物抵抗生物和非生物逆境，它的高抗氧化活性，具有極高的保健功能。生菜作為世界上最重要的蔬菜之一，其葉色存在很大的變異。生菜葉色由多個(gè)位點(diǎn)調(diào)控，導(dǎo)致其遺傳分析變得異常復(fù)雜。在本研究中，課題組利用BSA+RNA-seq 方法對(duì)一個(gè)生菜葉色分離群體進(jìn)行遺傳分析，鑒定到多個(gè)調(diào)控位點(diǎn)。通過(guò)對(duì)潛在位點(diǎn)構(gòu)建單基因分離群體，并利用這些單基因分離群體對(duì)相關(guān)基因進(jìn)行精細(xì)定位、成功克隆了4 個(gè)調(diào)控生菜葉色的基因，它們的功能得到轉(zhuǎn)基因驗(yàn)證。這4 個(gè)基因分別編碼bHLH、R2R3-MYB、R3-MYB 和WD-40。其中bHLH 和R2R3-MYB 為正調(diào)控因子，R3-MYB 和WD-40 為負(fù)調(diào)控因子。當(dāng)生菜中編碼bHLH 轉(zhuǎn)錄因子的基因發(fā)生突變時(shí)，花青素代謝途徑被阻斷，從而產(chǎn)生綠色葉片。而當(dāng)另外3 個(gè)基因（R2R3-MYB，R3-MYB，WD-40）發(fā)生突變時(shí)，會(huì)促進(jìn)花青素的積累，從而產(chǎn)生不同顏色的生菜。Y2H 發(fā)現(xiàn)R2R3-MYB 和R3-MYB 均能與bHLH 結(jié)合,表明R3-MYB 能競(jìng)爭(zhēng)R2R3-MYB 與bHLH 的結(jié)合從而抑制花青素的合成。而Y2H 發(fā)現(xiàn)WD-40 與R2R3-MYB 之間沒(méi)有互作，說(shuō)明WD-40 并非通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)LsTTG1 來(lái)抑制花青素的合成。進(jìn)一步序列分析發(fā)現(xiàn)WD-40 為AtRUP1/AtRUP2 的同源體，但與擬南芥的調(diào)控途徑不同的是，生菜WD-40 并非通過(guò)調(diào)控HY5 來(lái)影響花青素的合成。最后通過(guò)對(duì)野生生菜和栽培生菜進(jìn)行序列分析時(shí)發(fā)現(xiàn)這4 個(gè)基因的功能突變均發(fā)生在馴化之后，表明生菜葉色在育種過(guò)程中經(jīng)歷了歧化選擇，即僅含有少量花青素的野生生菜通過(guò)馴化形成高花青素含量的紅色生菜和不含花青素的綠色生菜。該研究利用BSA 結(jié)合高通量測(cè)序的方法，成功克隆調(diào)控復(fù)雜性狀的多個(gè)基因，對(duì)其他作物復(fù)雜性狀的遺傳分析具有借鑒作用。本研究系統(tǒng)地闡明了生菜花青素積累的遺傳和分子機(jī)理，為生菜葉色的選育提供了方法指導(dǎo)和理論依據(jù)。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13213