中科院成都生物所王涛研究员等基于多组学联合分析揭示紫色小麦花青素组分及合成特征学术资讯

花青素是一种类属于类黄酮的水溶性色素，花青素的富集可以导致植物组织呈现红色、紫色或蓝色。研究表明，花青素可以提高植物抗逆能力并可吸引昆虫授粉，尤为重要的是，作物籽粒中的花青素具有抗氧化、抗衰老和降低癌症和糖尿病的能力，因而对人类健康有益。小麦是人类日常生活中不可或缺的粮食作物，其籽粒糊粉层和种皮通常由于花青素积累呈现蓝色、紫色或多种颜色的组合。紫色小麦通常富集大量的花青素而成为极具价值的种质资源，目前已在紫色小麦中检测到近30种主要花青素，其中最关键的物质为花青素-3-葡萄糖苷。然而，目前关于紫色小麦发育过程中花青素的生物合成和转化过程尚不清楚。

近日，中科院成都生物所王涛研究员及其合作者在Journal of Agricultural and Food Chemistry在线发表了一篇题为Metabolomics and Transcriptomics Provide Insights into Anthocyanin Biosynthesis in the Developing Grains of Purple Wheat (Triticum aestivum L.)的研究论文，该研究结合转录组学与代谢组学分析，揭示了紫色小麦中积累的花青素组分特征及其生物合成的关键调控路径。

前期研究表明，ZNM168小麦品种花色苷丰富，抗氧化能力强，因此本研究针对该品种小麦整个籽粒发育阶段花色苷的多样性和生物合成机制开展了工作。研究人员选取了5个发育阶段(10、15、20、25和30 DAF)的小麦籽粒，并基于代谢组学对花青素成分进行了分析，结果表明，与其他花色苷相比，花色苷3- o -芦丁苷、花色苷3- o -葡萄糖苷、花色苷3,5- o -二葡萄糖苷和锦葵苷3- o -葡萄糖苷在籽粒发育过程中积累显著，其中花青素3- o -芦丁苷的大量积累表明它是紫粒形成的关键色素。

(A) Grain phenotypes and (B) total anthocyanin content of ZMN168 at different developmental stages

转录组分析结果发现了9个与花青素合成相关的差异表达基因，并且它们均属于BZ1组，即玉米Bronze-1位点编码的同源酶（主要作用于花青素糖基化过程）。进一步通过构建因共表达网络，研究人员预测TaBZ1 UniGene (TraesCS1D02G019200)为花青素生物合成的核心基因。此外，代谢产物与转录本的相关性分析表明，TraesCS2A01G527700 (achs)和TraesCS6B01G006200 (TaANS)是花青素生物合成途径中的关键结构基因。