华中农大在生菜叶色的遗传和分子机理研究中取得进展

来源：植物科学最前沿

近日，国际刊物Plant Biotechnology Journal在线发表了华中农大园艺植物生物学教育部重点实验室生菜团队题为“Characterization of four polymorphic genes controlling red leaf color in lettuce that have undergone disruptive selection since domestication”的研究论文，报道了通过正向遗传学的方法克隆到4个调控生菜花青素合成的基因，重点阐明了生菜叶色的遗传和分子机理，为生菜改良和育种奠定了理论基础。

花青素是一种重要的代谢产物，能帮助植物抵抗生物和非生物逆境，它的高抗氧化活性，具有极高的保健功能。生菜作为世界上最重要的蔬菜之一，其叶色存在很大的变异。生菜叶色由多个位点调控，导致其遗传分析变得异常复杂。在本研究中，课题组利用BSA+RNA-seq方法对一个生菜叶色分离群体进行遗传分析，鉴定到多个调控位点。通过对潜在位点构建单基因分离群体，并利用这些单基因分离群体对相关基因进行精细定位、成功克隆了4个调控生菜叶色的基因，它们的功能得到转基因验证。

研究结果表明，这4个基因分别编码bHLH、R2R3-MYB、R3-MYB和WD-40，其中bHLH和R2R3-MYB为正调控因子，R3-MYB和WD-40为负调控因子。当生菜中编码bHLH转录因子的基因发生突变时，花青素代谢途径被阻断，从而产生绿色叶片。而当另外3个基因（R2R3-MYB, R3-MYB, WD-40）发生突变时，会促进花青素的积累，从而产生不同颜色的生菜。Y2H发现R2R3-MYB和R3-MYB均能与bHLH结合,表明 R3-MYB能竞争R2R3-MYB与bHLH的结合从而抑制花青素的合成，而Y2H发现WD-40与R2R3-MYB之间没有互作，说明WD-40并非通过竞争LsTTG1来抑制花青素的合成。进一步序列分析发现WD-40为AtRUP1/ AtRUP2的同源体，但与拟南芥的调控途径不同的是，生菜WD-40并非通过调控HY5来影响花青素的合成。最后在对野生生菜和栽培生菜进行序列分析研究时发现这4个基因的功能突变均发生在驯化之后，表明生菜叶色在育种过程中经历了歧化选择，即仅含有少量花青素的野生生菜通过驯化形成高花青素含量的红色生菜和不含花青素绿色生菜。

该研究利用BSA 结合高通量测序的方法，成功克隆调控复杂性状的多个基因，对其它作物复杂性状的遗传分析具有借鉴作用，系统地阐明了生菜花青素积累的遗传和分子机理，为生菜叶色的选育提供了方法指导和理论依据。

园艺植物生物学教育部重点实验室生菜团队博士研究生苏文清、陶蓉为论文共同第一作者，陈炯炯副教授为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金的资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13213