蔓菁為何有辛辣味？與假基因進(jìn)化模式相關(guān)
作者：高雅麗 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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近日，中科院昆明植物研究所青藏高原植物進(jìn)化與適應(yīng)課題組揭示假基因的不同進(jìn)化模式對(duì)蕓苔屬亞種蔓菁和白菜風(fēng)味差異的影響，相關(guān)成果發(fā)表在《植物通訊》。
蔓菁是我國(guó)青藏高原藏族和西南地區(qū)彝族傳統(tǒng)種植的作物，十字花科蕓苔屬，具有藥用、食用、飼用等價(jià)值。研究團(tuán)隊(duì)前期發(fā)現(xiàn)，相比于其他蕓苔屬AA基因組蔬菜，蔓菁具有較強(qiáng)辛辣味。這種風(fēng)味差異取決于蕓苔屬蔬菜自身產(chǎn)生的芥子油苷及其水解產(chǎn)物的含量和類(lèi)型。
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)青藏高原的蔓菁進(jìn)行了全基因組測(cè)序，與已經(jīng)發(fā)表的蕓苔屬二倍體近緣種進(jìn)行比較基因組學(xué)及假基因的進(jìn)化模式分析、脂肪族芥子油苷代謝分析和基因功能分析，揭示脂肪族芥子油苷代謝通路中假基因的不同進(jìn)化模式對(duì)蕓苔屬亞種蔓菁和白菜風(fēng)味差異的影響，為蕓苔屬作物的育種提供指導(dǎo)作用。
研究發(fā)現(xiàn)，假基因的數(shù)量在蕓苔屬近緣種間差異較大，并在染色體上呈不對(duì)稱(chēng)性分布。同屬于AA基因組的蕓苔屬植物中，白菜基因組中假基因的進(jìn)化速率快于蔓菁，功能主要與植物代謝合成相關(guān)，研究人員推測(cè)這是造成蔓菁和白菜風(fēng)味的多樣性的主要原因之一。
研究人員進(jìn)一步對(duì)蕓苔屬植物的芥子油苷含量和類(lèi)型檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)蔓菁中與辛辣味有關(guān)的4種脂肪族芥子油苷代謝物含量最高。4種代謝物合成的上游關(guān)鍵基因MAM在蔓菁中發(fā)生了擴(kuò)張，而這些擴(kuò)張的基因在白菜中進(jìn)化成為假基因，這表明MAM基因的擴(kuò)張是導(dǎo)致蔓菁具較多辛辣物質(zhì)的主要原因。
在脂肪族芥子油苷代謝通路中，AOP2也是與風(fēng)味和Glucoraphanin（其降解產(chǎn)物蘿卜硫素具有抗癌作用）相關(guān)的關(guān)鍵基因。前人的研究發(fā)現(xiàn)苷藍(lán)的三個(gè)AOP2基因中，有兩個(gè)是假基因，促使了苷藍(lán)中蘿卜硫苷物質(zhì)含量的增高。蔓菁和白菜中都有3個(gè)功能型的AOP2基因，研究利用RNAi技術(shù)抑制蔓菁和白菜中AOP2基因的表達(dá)，增加了蔓菁和白菜中蘿卜硫苷物質(zhì)的含量，并造成蔓菁辛辣味降低。以上結(jié)果表明，蔓菁和白菜的假基因差異，影響了脂肪族芥子油苷代謝通路相關(guān)基因的進(jìn)化，最終導(dǎo)致了蔓菁和白菜的風(fēng)味不同。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100427