研究人員揭示 蔓菁與白菜風味迥異的原因

【研究進展】

科技日報訊 （記者趙漢斌）蔓菁隸屬於十字花科蕓薹屬，是我國青藏高原藏族和西南地區彝族羣眾傳統種植的作物，具有藥用、食用、飼用等價值。近日，中國科學院昆明植物研究所青藏高原植物進化與適應課題組，以全新的研究揭示了假基因（喪失正常功能的DNA序列）的不同進化模式對蕓薹屬亞種蔓菁和白菜風味差異的影響。相關研究論文發表於國際期刊《植物通訊》。

“相比於其他蕓薹屬蔬菜，蔓菁具有較強辛辣味。通過研究我們發現，蕓薹屬蔬菜的風味，主要由自身產生的芥子油苷及其水解產物的含量和類型決定。”課題組負責人、論文通訊作者楊永平研究員介紹。

課題組對青藏高原的蔓菁進行全基因組測序，並對蔓菁和已經發表的蕓薹屬二倍體近緣種進行比較基因組學及假基因的進化模式分析、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化模式造成了蕓薹屬亞種蔓菁和白菜的風味各異。

研究發現，假基因的數量在蕓薹屬近緣種間差異較大，並在染色體上呈不對稱性分佈，其功能主要與植物代謝合成相關。白菜基因組中假基因的進化速率快於蔓菁，研究人員推測，這是造成蔓菁和白菜風味不同的主要原因之一。

進一步對蕓薹屬植物的芥子油苷含量和類型進行檢測後，研究人員發現蔓菁中與辛辣味有關的4種脂肪族芥子油苷代謝物含量最高，而且合成這些代謝物的上游關鍵基因MAM在蔓菁中發生了擴張，而這些擴張的基因在白菜中進化成為假基因。轉基因試驗顯示，在白菜中通過表達擴張的蔓菁MAM基因，可提高其中兩種代謝物的含量，在蔓菁中通過RNAi技術抑制這些基因的表達，可減少3種代謝物的含量，這表明MAM基因的擴張是蔓菁具有較多辛辣物質的主要原因。

在脂肪族芥子油苷代謝通路中，AOP2也是與蔓菁風味以及蘿蔔硫苷相關的關鍵基因，而蘿蔔硫苷的降解產物蘿蔔硫素具有抗癌作用。“前人也發現，甘藍的3個AOP2基因中，其中兩個是假基因促使了甘藍中蘿蔔硫苷物質含量增高，但蔓菁中有3個功能型AOP2基因。”楊永平説。此項研究利用RNAi技術，抑制了蔓菁中AOP2基因的表達，增加了蔓菁中蘿蔔硫苷物質的含量，讓口感不佳的蔓菁辛辣味降低，併為蕓薹屬作物育種提供新的參考。