中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所馮獻(xiàn)忠團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)調(diào)控大豆類胡蘿卜素含量的GmCCD4基因
類胡蘿卜素廣泛存在于植物、藻類和細(xì)菌中，是植物中重要的色素，賦予花和果實(shí)獨(dú)特的顏色，且具有保護(hù)光合作用。類胡蘿卜素是維他命A合成的前體物質(zhì)，有利于保障人體器官的正常發(fā)育和免疫反應(yīng)。脂溶性的類胡蘿卜素能更有效地被人體吸收和利用，研究油料作物中類胡蘿卜素含量的調(diào)控機(jī)制可為解決維他命A缺乏問題提供有效的途徑。植物中類胡蘿卜素的穩(wěn)定積累依賴于類胡蘿卜素生物合成/儲(chǔ)存與降解之間的代謝平衡。因此，類胡蘿卜素裂解加氧酶（CCDs）的催化裂解活性是調(diào)節(jié)類胡蘿卜素積累的關(guān)鍵因素之一。然而，大豆相關(guān)基因在類胡蘿卜素代謝中的作用及相關(guān)機(jī)制研究仍然匱乏。
中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所馮獻(xiàn)忠團(tuán)隊(duì)通過篩選伽馬射線誘變的大豆突變體庫(kù)，獲得了4個(gè)花色變黃且種子中類胡蘿卜素含量升高的gmicc突變體株系。利用構(gòu)建的圖位克隆群體成功定位到候選基因:GmCCD4，該基因編碼類胡蘿卜素裂解雙加氧酶，通過降解類胡蘿卜素產(chǎn)生β-紫羅蘭酮，是類胡蘿卜素積累的負(fù)調(diào)控因子。全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，GmCCD4基因?yàn)榭刂拼蠖怪蓄惡}卜素含量的3個(gè)關(guān)鍵調(diào)控位點(diǎn)之一；栽培大豆中存在4種GmCCD4的單倍體型，不同的單倍體型中類胡蘿卜素含量有明顯差異，H1單倍型大豆的類胡蘿卜素含量最高。本研究解析了GmCCD4基因調(diào)控大豆類胡蘿卜素含量的分子機(jī)制，為調(diào)控油料作物中類胡蘿卜素含量提供了重要的基因資源；對(duì)高營(yíng)養(yǎng)、高品質(zhì)作物育種具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
本研究以“GmCCD4 controls carotenoid content in soybeans”為題在國(guó)際期刊Plant Biotechnology Journal發(fā)表。東北地理所高金珊特別研究助理為論文第一作者，馮獻(xiàn)忠研究員為論文通訊作者。相關(guān)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
圖 1(a)4個(gè)大豆花色變黃且類胡蘿卜素含量升高的gmicc突變體株系(b)大豆存在4種GmCCD4的單倍體型(c)不同單倍體型中的類胡蘿卜素含量存在顯著差異
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