《武汉植物园在莲子糖分积累的分子机制研究方面取得进展》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2024-04-26
  •     莲子是一种高级滋补佳品。青鲜莲子质地清脆、口感甘甜,夏季可作为一种营养丰富的时令水果食用。近年来,青鲜莲子的市场需求逐渐增加,为了更好的迎合消费者需求,培育出口味更加甘甜的子莲新品种是当前子莲育种的重要目标。糖含量是影响鲜食莲子口感的重要因素,然而目前尚没有关于莲子糖分积累相关研究的报道。

        武汉植物园莲种质资源与遗传育种研究团队通过莲子发育转录组分析,鉴定到一个在莲子子叶中优势表达的基因NnSUS1,该基因编码蔗糖合酶。基因共表达分析揭示NnSUS1与多个淀粉和蔗糖代谢相关基因存在共表达关系。为了进一步验证NnSUS1在莲子中发挥的生物学功能,研究团队首次成功在莲子子叶中建立了高效的基因瞬时表达体系。利用该体系,在莲子子叶中超表达NnSUS1基因显著增加了可溶性糖含量,包括蔗糖和果糖。本研究揭示了莲NnSUS1调控莲子糖分积累的生物学功能,为今后通过分子育种技术提高莲子中糖含量提供了重要的理论参考和基因资源。

        相关研究结果以“NnSUS1 encodes a sucrose synthase involved in sugar accumulation in lotus seed cotyledons”为题发表在国际学术期刊Plant Physiology and Biochemistry。武汉植物园莲种质资源与遗传育种研究团队博士研究生宋贺云为论文的第一作者,孙恒助理研究员和杨美研究员为该论文的通讯作者。该研究得到了中国科学院生物资源计划项目(KFJ-BRP-007-009)、湖北省种子产业优质发展基金(HBZY 2023B004-1)、湖北省自然科学基金(2023AFB511)和国家自然科学基金(32070336)的资助。

  • 原文来源:http://www.whiob.ac.cn/xwdt/kydt/yjjz/202404/t20240418_7122835.html
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2020-11-23
    • 莲在中国具有悠久的栽培历史,是集观赏、食用、药用于一身的重要水生经济作物。莲子淀粉属于天然高直链淀粉,在开发降血糖功能食品和低血糖生成指数食品上具有良好的前景。目前,莲子淀粉含量仍有待提高,解析莲子淀粉合成机制对于提高莲子淀粉含量和改良莲子品质具有重要意义。此外,随着莲全基因组测序工作的完成和现代分子生物学技术的快速发展,莲的基因功能基因组学研究水平也在不断提升。然而,莲中高效稳定的遗传转化体系尚未构建,严重制约了莲中基因功能组学的开展。通过优化影响莲愈伤组织形成的关键因素,有利于开发出高效稳定的的莲愈伤组织诱导体系。武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组科研人员针对以上两个科学问题分别开展了相关研究并取得一些重要进展。 进展一:研究者分别对30个子莲栽培种的莲子营养成分进行分析,发现授粉后15天(15DAP)的青鲜莲子和成熟莲子中的淀粉平均含量分别为28.20%和47.12%。通过莲子比较转录组分析,揭示淀粉和蔗糖代谢途径参与莲子发育进程,多个参与淀粉合成途径的酶编码基因在9DAP - 12DAP发育进程中诱导上调表达,包括ADP葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)。结合莲前期已公布基因组数据,分别鉴定到3个和4个基因编码AGPase大亚基和小亚基,且进化分析表明大小亚基分化明确。通过表达分析发现NnAGPL2a和NnAGPS1a为参与莲子发育优势表达基因,其与多个参与淀粉和蔗糖代谢途径基因存在共表达关系。此外,研究者发现NnAGPL2a和NnAGPS1a基因的表达模式AGPase酶活性变化和莲子中淀粉含量的积累三者之间的变化模式趋于一致。以上研究结果拓展了对莲子淀粉合成的分子机制的认识,为高淀粉子莲新品种的改良和选育提供理论依据。该研究成果以“Comprehensive analysis of AGPase genes uncovers their potential roles in starch biosynthesis in lotus seed” 为题,发表于国际学术期刊BMC Plant Biology。武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组助理研究员孙恒和湖北工程学院李娟娟为论文共同第一作者,杨美研究员为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目和中国科学院青年创新促进会项目的资助。   论文链接:https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-020-02666-z 进展二:研究者通过优化一系列影响愈伤组织形成的关键因素,开发了一套高效的荷花愈伤组织诱导系统。研究发现在含有3 mg/L 2,4-D和0.5 mg/L 6-BA的MS培养基中,以未成熟莲子子叶和胚作为外植体诱导出的愈伤组织效率最高。此外,莲的基因型、光照条件、外植体发育阶段和取样时间对诱导愈伤组织也有一定的影响。以‘十里荷1号’授粉后9天的莲子子叶为外植体,在弱光条件下培养,被认为是莲愈伤组织诱导的最佳条件。利用未成熟种子的莲心培育出的无菌苗,也是诱导优质愈伤组织的优良外植体。此外,研究者在莲的愈伤组织中发现了莲生物碱的累积和生物碱合成相关基因的表达。以上研究结果为建立莲体细胞胚胎发生转化体系提供了重要的理论指导,同时对建立利用体细胞培养技术生产生物碱体系方面具有重要的价值。该研究成果以“The Establishment of an Efficient Callus Induction System for Lotus (Nelumbo nucifera)”为题,发表在国际学术期刊Plants。武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组副研究员邓显豹和硕士研究生熊雅倩为论文共同第一作者,杨美研究员为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、中国科学院前沿科学重点研究项目、中国科学院青年创新促进会项目和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。 论文链接:https://res.mdpi.com/d_attachment/plants/plants-09-01436/article_deploy/plants-09-01436.pdf
  • 《武汉植物园在亚洲莲花色差异的分子调控机制研究方面取得进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-06-29
    •   莲来自莲科莲属,是最古老的双子叶植物种属之一。目前现存的莲属植物仅有两个种:亚洲莲和美洲黄莲,其花色差异明显。亚洲莲野生种的花色有红色和白色,而美洲黄莲的花色仅有黄色。先前的研究表明,红色亚洲莲和美洲黄莲之间的花瓣颜色变化可能与黄酮合成酶(FLS)和MYB5的活性有关。然而,亚洲莲红白色差异的分子机制尚不清楚。   近日,中国科学院武汉植物园莲种质资源与遗传育种学科组在Plant Physiology在线发表了题为“Transcription factor NnMYB5 controls petal color by regulating GLUTATHIONE S-TRANSFERASE2 in Nelumbo nucifera”的研究论文,通过QTL定位和BSA-seq挖掘到控制莲花色的NnMYB5及其靶基因NnGST2,揭示了亚洲莲花瓣颜色形成的调控机制。   研究者通过红色和白色亚洲莲F2群体的QTL定位,明确了控制亚洲莲花瓣颜色分化的候选基因NnMYB5,并对213个莲种质资源进行基因分型发现包含NnMYB5基因的一个80 kb存在/缺失结构变异(PAV)与花瓣颜色关联。进一步通过转录组分析、双荧光素酶和酵母单杂交实验表明,NnMYB5能够直接激活花青素转运蛋白NnGST2。最后在拟南芥中异源表达及莲花花瓣中超表达NnGST2,均可诱导花青素积累。本研究建立了NnMYB5和NnGST2在花瓣花青素积累中的调控关系,并证明在亚洲莲中控制花色形成的独立调节机制。   中国科学院武汉植物园刘娟助理研究员、硕士生王雨昕为论文的共同第一作者,杨美研究员、杨东高级工程师为该论文的通讯作者。中国科学院武汉植物园高磊研究员和福建农林大学明瑞光教授对该研究提供了指导。本研究得到了中国科学院生物资源计划(KFJ-BRP-007-009)和国家自然科学基金(32070336)的资助。