【Plant Cell】新方法！华中农大利用代谢组高效鉴定小麦的代谢功能基因

2023年11月13日， 华中农业大学小麦改良创新团队在Plant Cell发表题为“Chemical-tag-based semi-annotated metabolomics facilitates gene identification and specialized metabolic pathway elucidation in wheat”的研究论文，介绍了该团队开发的基于化学标签的半注释代谢组方法的研究策略及应用。该策略与传统的mGWAS相比，在获取候选基因上更加快速和公正，在发现物种特异代谢物及其对应候选基因和代谢途径上尤为突出，从而为作物的营养品质改良提供了新的技术手段。

植物产生大量代谢物来调节生命活动，全面解析这些代谢物的结构复杂而耗时。代谢物通常由一个或多个共同基本骨架及不同修饰基团形成，这些修饰基团结构相对简单，且数量少、分子量小，易于注释，最重要的是，它们在植物体内往往由与之匹配的酶催化形成。论文首先统计了小麦叶片代谢物二级碎片的富集特征（图1），并进一步快速建立了小麦叶片中1483个含有至少一个特征碎片的代谢物定量方法，即半注释代谢组。将其应用于小麦自然群体进行关联分析并根据这些修饰基团与基因功能注释的联系，高效筛选出了499个候选基因（图2）。

图1 小麦叶片代谢物特征碎片富集统计分析

图2 通过半注释代谢组策略（上）和传统代谢组策略（下） 关联的位点比较

从候选基因中，作者鉴定到一个类黄酮基因簇。发现该基因簇中关键基因OMT24具有高度物种特异性，专一催化麦黄酮的4’位氧甲基化修饰，引导了一条麦作特异的代谢途径（图3A-C），且可能在逆境生理中具有重要作用。将该基因转入尚无此功能基因的水稻中，能使此通路在水稻中重建（图3D）。

图3 OMT24的系统发育与物种特异性分析

综上，该论文以小麦为研究对象，将代谢物修饰结构与酶促反应之间的关系融入遗传分析中，高效鉴定了一系列新的代谢基因和代谢通路，可以为作物的营养品质改良提供新思路和基因资源。

作物遗传改良全国重点实验室、湖北洪山实验室陈伟教授为该论文通讯作者，博士后朱安婷为该论文的第一作者，华中农业大学小麦改良创新团队的鄢文豪教授、茆海亮教授、兰彩霞教授、李强教授和苏汉东教授参与了该研究的指导。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFF1000204）的资助。

论文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koad286/7416745?searchresult=1

转自：“iPlants”微信公众号

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