TAG｜华中科大栗茂腾教授团队最新研究为甘蓝型油菜种子中硫苷改良提供了更深层次见解

硫代葡萄糖苷（简称硫苷）是氨基酸衍生的富含硫的次级代谢产物，具有辛辣的味道，对害虫起到化学防御作用。油菜籽饼粕中高含量硫苷及其水解产物会降低其适口性并抑制甲状腺功能。故降低油菜种子中硫苷含量，对提高籽粕利用价值具有重要意义。

近日，华中科技大学栗茂腾教授团队在Theoretical and Applied Genetics在线发表了题为" Further insight into decreases in seed glucosinolate content based on QTL mapping and RNA-seq in Brassica napus L."的研究论文，该研究通过联合分析多环境硫苷QTL定位和高低硫苷含量材料种子与叶片的基因表达谱，揭示了甘蓝型油菜种子硫苷积累的遗传调控机制，并为进一步降低种子硫苷含量（seed glucosinolate content，SGC）提供了更为深刻的见解。

首先，该研究利用种子硫苷含量存在显著差异的甘蓝型油菜N53-2和Ken-C8（差异最大时为90.82 μmol/g，相差6.26 倍）为亲本构建的KN DH群体试验材料，并基于课题组已经构建的高密度遗传连锁图，针对KN DH群体在15个种植环境中的硫苷数据进行了QTL分析，共鉴定到162个显著性SGC QTL位点，解释的表型变异率最高可达36.15%。通过将不同环境重复检测到QTL进行整合，获得了59 个consensus QTLs，其中有32个为本研究新鉴定到的SGC QTL。

值得注意的是，该研究在染色体A09、C02、C07和C09上发现了四个影响SGC变异的QTL热点区域（QTL-HRs），分别为A09: 0–57.00 cM、C02: 123.46–147.18 cM、C07:38.51–64.90 cM和C09: 10.50–37.81 cM。这4个QTL-HRs不仅包含了4个已报道的影响SGC的主效位点HAG1（MYB28），还包含另外3个前期已报道的主效QTL以及本研究新鉴定到的4个主效QTL（图2）。在QTL-HRs内；同时，也鉴定到了一些参与硫苷合成和代谢的重要候选基因，如BnaC09.MYB28、BnaA09.APK1、BnaC09.SUR1和BnaC02.GTR2a等（图1）。进一步研究表明，四个QTL-HRs在SGC变异中显示出主导且稳定的效应。通过KN DH 群体评估发现，SGC在很大程度上取决于四个QTL-HRs优势等位基因在的叠加。

该研究也开展了硫苷合成相关基因的甘蓝型油菜直系同源基因鉴定，结合SGC QTL候选基因鉴定和两亲本材料的种子与叶片的比较转录组分析，构建了甘蓝型油菜SGC变异的潜在调控模型（图4）。本研究鉴定到了 11个差异表达的基因可能在硫苷合成中发挥关键作用，其中有8个为QTL-HRs内的候选基因。研究显示不仅叶片中的硫苷合成在种子硫苷积累中发挥重要作用（如调控硫苷合成的重要转录因子基因MYB28和MYB34被鉴定为QTL候选基因，且受MYB28调控的硫苷核心结构合成和侧链延伸基因，如IIL1、SUR1和CYP83A1等，在高低SGC两亲本叶片中存在表达差异并在合成通路中显著富集），而且硫苷由叶片到种子的转运、以及种子中硫苷的降解均在在甘蓝型油菜SGC变异中发挥重要作用。如涉及到硫苷长距离转运的BnaC02.GTR2a和硫苷降解的BnaC02.NIT2，其分别被鉴定为主效QTL cqSGC-C2-3和cqSGC-C2-6的候选基因。BnaC02.GTR2a仅在两亲本的种子中表现出差异表达，而BnaC02.NIT2在高硫苷亲本Ken-C8的种子中明显低表达。此外，在模型中差异表达基因显著富集在了硫同化过程中，而一些硫同化的关键基因或转录因子被鉴定为效应较小但能够在多环境稳定检测到的QTL候选基因，如SD1、GSH1和APS1，表明硫同化在SGC变异中起重要而非主导的作用。

该模型的构建为进一步了解甘蓝型油菜种子硫苷积累的遗传调控机制、潜在基因位点挖掘，以及探究降低甘蓝型油菜种子中SGC新途径提供了更为深刻的见解。

华中科技大学已毕业博士研究生朝红波为该文第一作者（现为郑州大学农学院直聘副研究员），华中科技大学生命科学与技术学院栗茂腾教授和郑州大学黄进勇教授为共同通讯作者，博生生李怀鑫、闫书祥、赵卫国、陈康和Nadia Raboanatahiry，以及陕西杂交油菜中心王灏研究员参与了部分工作。该研究得到国家重点研发计划（2016YFD0101300）、国家自然科学基金面上项目（31871656）和国家自然科学基金青年项目（32001583）的资助。

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04161-5

转自：植物生物技术Pbj

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