Science：巴旦木，仅仅是因为一个基因的点突变，让果实由苦变甜

来源：iNature

原标题：Science：我们能吃到好吃的巴旦木，仅仅是因为一个基因的点突变，让果实由苦变甜

扁桃仁，又称巴旦杏仁，也有俗称薄壳杏仁，是巴旦木的果实。美国加州是全球最大的巴旦木供应地，全球超过80%的巴旦木产自加州，在中国产地则主要集中在新疆。扁桃仁是驰名世界的干果，味道香美，营养丰富，含有丰富的微量营养元素，有利于降低血压、减少心血管疾病、促进糖类代谢等。

不过，最早的野生扁桃仁并不好吃，不但苦还有剧毒，因为野生扁桃仁中积累了味苦且有毒的氰基二葡萄糖苷苦杏仁苷。随着扁桃的驯化，甜核基因型被人类选择出来，但是什么机制导致了扁桃仁由苦变甜却不为人知。

2019年6月14日，西班牙、丹麦、意大利等国的研究人员在顶尖学术期刊 Science 杂志发表了题为：Mutation of a bHLH transcription factor allowed almond domestication 的研究论文。

研究人员对扁桃（Prunus dulcis）基因组进行测序，他们分析了负责味道转变的基因组区域，发现一个转录因子（bHLH）的点突变使有毒化合物的生物合成途径中P450单氧合酶的产生受到抑制，从而使扁桃仁变甜。

该研究报道了扁桃参考基因组的草图，利用序列信息分析了甜核与苦核基因型间的遗传差异，研究结果为研究杏树的开花时间、耐旱性和抗病性等农艺性状提供了一个新的视角。

此外，该研究鉴定了一个与甜味相关的46kb长度的基因簇，该区域编码五种基本的螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子：bHLH1到bHLH5。

更为关键的是，该研究证明了bHLH2参与调控P450单加氧酶编码基因PdCYP79D16和PdCYP71AN24的转录，这两个基因参与苦杏仁苷生物合成途径。bHLH2的二聚体结构域中的非同义点突变（Leu至Phe）阻止了两种细胞色素P450基因的转录，从而产生甜仁性状。

研究人员首先利用PacBio的长读长测序和Illumina的短读长测序技术对甜纯合杏仁品种Lauranne进行了测序。通过利用PacBio的长读长序列来组装基因组，并利用Illumina的短读长序列来填补缺口和搭建支架。最终组装构成4078个支架，N50为21.8 Mb（其中N50是覆盖50％基因组所需的最小重叠群长度）和L90为306（其中L90 是最小数量的重叠群，其长度总和占基因组大小的90％）。通过结合扁桃及其近亲桃（Prunus persica）的RNA测序结果和转录本数据，他们预计扁桃基因组覆盖27,817个基因。

随后，研究人员开始寻找扁桃仁的甜仁基因座。他们利用与此基因座连锁的Sk连锁切割的扩增多态性序列（CAPS）和SSR标记，对475个F1代个体进行基因型分型，最终定义了118kb的区域，包含11个基因与，这一区域内包含了一个与甜味相关的46 kb区域。此区域包含5个基因，包括5个编码基本螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子的基因，分别命名为bHLH1到bHLH5。

之后研究人员研究了这些bHLH基因控制杏仁苦杏仁苷积累的能力，通过RNA-seq实验证明，甜杏仁和苦杏仁基因型中，杏仁苷生物合成基因PdCYP79D16和PdCYP71AN24的转录水平显著不同。

通过对甜(Sk/Sk)和苦基因型S3067(Sk/Sk)被膜组织的RT-PCR分析，他们发现了bHLH1、bHLH2和bHLH4的表达没有差异，但未检测到bHLH3和bHLH5的表达。通过对一个与Sk位点相关的20kb基因组区域的扫描，他们发现苦味基因组的杂合度高于甜味基因组。随后，在比较bHLH1、bHLH2和bHLH4的序列时，他们发现，甜扁桃品种的bHLH1带有导致截短蛋白的插入缺失，bHLH2带有替换和插入，导致非同义的Leu346→Phe (L346F)取代和Asn412插入到甜味基因型中，而bHLH4不存在多态性。

总的来说，该研究报道了扁桃参考基因组的草图，利用序列信息分析了甜核与苦核基因型间的遗传差异，鉴定了一个与甜味相关的46kb长度的基因簇，该区域编码五种基本的螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子：bHLH1到bHLH5，并证明了bHLH2点突变（Leu346→Phe(L346F)）通过抑制P450单加氧酶编码基因PdCYP79D16和PdCYP71AN24的转录，阻止了两种细胞色素P450基因的转录，从而产生甜仁性状。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/364/6445/1095.abstract