中国热带农业科学院系统研究了木薯bHLH家族结构特征及其在采后生理腐烂过程及氰苷生物合成中的功能。

2022年6月16日，Frontiers in Plant Science（2022年影响因子6.627）上在线发表了中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所陈松笔研究员团队题为“Systematic Analysis of bHLH Transcription Factors in Cassava Uncovers Their Roles in Postharvest Physiological Deterioration and Cyanogenic Glycosides Biosynthesis”的研究论文。该研究系统展示了木薯bHLH家族结构特征及其在采后生理腐烂过程及氰苷生物合成中的功能。

木薯是世界近10亿人的主要粮食作物，但其块根收获过程由于受到机械伤害，在采后2-3天便会发生褐变，称之为采后生理腐烂（PPD），同时因其块根富含氰苷化合物（CGs），严重制约了木薯产业发展和食用化进程。bHLH作为植物中最大的转录因子家族之一，在植物生物及非生物胁迫中发挥着重要作用，但有关bHLH家族在木薯中的系统分析并未报道，同时其家族成员在调控木薯块根PPD及CGs合成中的功能研究也鲜见报道。该研究采用HMM软件检索，共鉴定到148个MebHLHs，以拟南芥bHLH家族序列与木薯148个MebHLHs基因一起构建系统发育树（图1），结果显示木薯中148个MebHLHs被划分成19个类群，共有40个MebHLHs成员聚集在拟南芥中发挥重要作用的类群2、类群6、类群9、类群12和类群15中，这些组中的bHLH成员可能与拟南芥中的bHLH成员具有相似的功能。

不同腐烂程度木薯块根（图2A）的转录组数据显示117个MebHLH基因在PPD过程中发生改变，其中65个MebHLH基因变化显著（图2B）。同时，对15个MebHLH基因在PPD过程中进行qPCR分析，表明它们均对PPD过程敏感，该结果显示这些基因可能参与PPD过程的转录调控。

通过瞬时转化烟草确定MebHLH72定位于细胞核，MebHLH114定位于细胞质，与亚细胞定位预测结果一致（图3A）。构建木薯MebHLH72和MebHLH114的VIGS载体并侵染木薯叶片获得该基因的沉默株系（图3B，3C），发现沉默株系叶片中亚麻仁苦苷含量与对照相比显著降低，并且参与CGs生物合成的关键基因MeCYP79D1、MeCYP79D2和MeCYP71E的表达量也显著下调（图3D），因此推断MebHLH72和MebHLH114是参与CGs生物合成的关键基因。MebHLH基因家族的全基因组鉴定和表达谱分析为阐述其在PPD和CGs中的功能奠定了基础，同时为提高木薯块根耐PPD能力及降低CGs含量提供新思路。

安飞飞副研究员和肖鑫辉助理研究员为论文共同第一作者，陈松笔研究员和蔡杰副研究员为共同通讯作者。该工作得到国家重点研发计划、国家木薯产业技术体系及海南省重点研发计划的资助。

文章doi: 10.3389/fpls.2022.901128

转自：植物科学最前沿

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