中國農(nóng)業(yè)(http://www.weberwork.com/sell/l_33/)科學(xué)院作物科學(xué)研究所特色農(nóng)作物優(yōu)異種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用團隊在蕎麥研究中取得重要進展，鑒定出一個參與黃酮類物質(zhì)生物合成的新型基因簇UFGT3，并揭示了其在高海拔環(huán)境適應(yīng)性中的調(diào)控機制。該研究成果發(fā)表在《先進科學(xué)》（Advanced Science）雜志上，為探究蕎麥黃酮類物質(zhì)的生物合成與環(huán)境適應(yīng)性之間的關(guān)系提供了新的視角。

 

中國是蕎麥的起源地，蕎麥不僅生長周期短，適應(yīng)性強，還富含蘆丁等多種黃酮類活性物質(zhì)。黃酮類物質(zhì)的含量不僅是蕎麥的重要品質(zhì)標(biāo)志，還與其環(huán)境適應(yīng)性緊密相關(guān)。因此，挖掘控制黃酮類物質(zhì)生物合成的關(guān)鍵基因及其分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對于開展蕎麥的分子育種和培育新品種具有重要意義。

 

研究團隊通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS），在苦蕎1號染色體上的葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶基因啟動子區(qū)域發(fā)現(xiàn)了與多種黃酮類物質(zhì)含量密切相關(guān)的基因變異。進一步分析后，鑒定了一個包含磷酸激酶基因PAK、轉(zhuǎn)錄因子基因MADS1/2和糖基轉(zhuǎn)移酶基因UFGT3在內(nèi)的特殊生物合成基因簇——UFGT3。這四個基因相互協(xié)作，形成了一個調(diào)控黃酮類物質(zhì)生物合成的分子模塊。

 

研究發(fā)現(xiàn)，在野生蕎麥近緣種中，UFGT3基因簇調(diào)控下的花青素糖基轉(zhuǎn)移酶基因能夠催化生成保護植物免受紫外線傷害的黃酮類化合物，從而使這些植物具有更強的高海拔適應(yīng)性。此外，UFGT3基因簇在蕎麥屬植物中普遍存在，并且在栽培蕎麥中保持了結(jié)構(gòu)和功能的保守性。

 

該研究不僅為理解蕎麥黃酮類物質(zhì)生物合成及其與植物生態(tài)適應(yīng)性之間的關(guān)系提供了新的見解，還為未來通過分子育種技術(shù)培育具有更高黃酮類物質(zhì)含量和更強環(huán)境適應(yīng)性的蕎麥新品種奠定了基礎(chǔ)。

 

該研究由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的黃旭博士后、何毓琦副研究員、張凱旋副研究員等人共同完成，周美亮研究員擔(dān)任通訊(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)作者，中國工程院院士劉旭提供了指導(dǎo)。研究得到了國家重點研發(fā)計劃青年科學(xué)家項目、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年創(chuàng)新項目以及歐盟地平線2020計劃的支持。