青海大学农林科学院吴昆仑研究员团队基于转录/代谢研究揭示紫色青稞中花青素的积累于调节机制

西藏大麦（Hordeum vulgare L. var. nudum Hook.f.）是禾本科的一种与大麦遗传高度相似的植物，由于其大麦粒的外稃和内稃在成熟时与颖果分离，因此又被称为裸大麦或“青稞”。青柯是青藏高原最具特色的作物，主要分布在海拔3000米以上的高寒地带，并被广泛用于酒精酿造、饲料和食品加工等。青稞的籽粒颜色多样，包括白色、蓝色、紫色和黑色等。与标准的白色品种相比，有色青稞由于富含花青素等生物活性物质而对人类健康有益，因而更受欢迎。但是目前关于青稞种皮着色的代谢和分子机制尚不清楚。

近日，青海大学农林科学院吴昆仑研究员团队在BMC Plant Biology在线发表了一篇题为Accumulation and regulation of anthocyanins in white and purple Tibetan Hulless Barley (Hordeum vulgare L. var. nudum Hook. f.) revealed by combined de novo transcriptomics and metabolomics 的研究论文，该研究对白色和紫色两种颜色的青稞品种的不同种皮颜色阶段进行采样并进行了转录组与代谢组联合分析，揭示了青稞颜色差异形成的关键代谢调节途径。

通过组学分析，研究人员共鉴定出41 种花青素化合物和 4186 个 DEGs。进一步构建了青稞原花青素-花青素生物合成途径，其中包括编码12类结构酶（ PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、F3H、F3'H、DFR、ANS、ANR、GT和ACT）的19个基因。研究发现，与白色品种相比，紫色品种中除ANR以外的11个DEG均显著上调，导致该品种中15种花青素化合物含量较高。此外，研究人员发现有 22 个 TF，包括MYBs、bHLHs、NACs、bZips和WD40s, 与结构基因的表达模式呈显著正相关或负相关。此外，两个品种之间同源基因序列的比较在 19 个结构基因中的 13 个中确定了 61 个推定的 SNP。研究人员还在白色品种的ANS基因编码序列中发现了一个无义突变，这种突变可能编码了一种非功能性蛋白质，进一步减少了该品种中花青素的积累。最后，研究人员基于 WGCNA 确定了 3 个高度富集于紫色品种的模块。该研究还获得并验证了推定的原花青素-花青素生物合成途径和蛋白质共表达网络中出现了12个DEG。

综上所述，该研究构建了青稞原花青素-花青素生物合成途径，并获得了一系列负责紫色和白色青稞差异的化合物、结构基因和转录因子。该研究提高了对青稞籽粒中花青素积累和生物合成的分子机制的理解，并为紫色青稞和其他紫色作物的遗传改良提供了有价值的信息。

原文链接：

https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-022-03699-2

转自：植物科学SCI

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