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    《Nature Plants》在线发表蔬菜品质调控研究最新成果(图)

    2016/11/29 15:29:00  点击数:

     

    “葫芦科作物苦味性状的趋同驯化与差异进化”在《Nature Plants》上在线发表

    本网讯(科技创新平台  刘薇)我校曾建国教授研究团队参与中国农业科学院蔬菜花卉所黄三文研究员团队完成的“葫芦科作物苦味性状的趋同驯化与差异进化”于1129日以长篇幅研究论文(Research Article)的形式在国际知名学术期刊《Nature Plants》上在线发表,这是他们继2014年在国际顶级学术期刊《Science》上发表黄瓜苦味形成机理研究成果后,将大数据应用到葫芦科作物的次生代谢研究,为该科作物味觉品质性状改良,甚至为源自甜瓜或西瓜中的原料药葫芦素B的植物定向制造提供了可能。

    曾建国教授原所在的湖南医药工业研究所80年代曾成功从甜瓜蒂中提取葫芦素B开发成用于治疗肝病的新药,但大量收集甜瓜蒂是该药原料来源的重大瓶颈。基于黄瓜中苦味质(葫芦素C)调控机制的研究,利用比较基因组技术他们发现了葫芦素B在甜瓜根和果实中分别受CmBrCmBt这两个“主开关”基因控制;葫芦素E在西瓜根和果实中也分别受同源ClBrClBt两个基因控制。这意味着将西瓜变为一种高效生物反应器,为高积累量、便捷化从西瓜瓤中获取葫芦素原料药成为了可能。

    2005年以来,黄三文研究员的科研团队一直致力于蔬菜作物基因组、转录组、变异组等大数据研究,为研究重要园艺性状、开展分子育种提供不可缺少的基础工具。国际顶级学术期刊《Nature》(20112012)和《Nature Genetics》(200920132014)先后5次报道了该团队等所取得的成果,标志着我国确立了在蔬菜作物基因组学研究领域的国际领先地位。我校曾建国教授团队与黄三文教授团队合作研究黄瓜中苦味化学成分的提取、分离、纯化及代谢示踪。通过长达5年时间将基因组等大数据应用到植物次生代谢探索研究,《Science》以长篇幅研究论文的形式报道了黄瓜苦味素生物合成及调控研究成果。国际著名生物医学论文评价系统(Faculty of 1000)如此评价该工作:“显示了最前沿的基因组学在植物驯化和合成生物学研究中的作用”。

    在获得以上的成功后,团队尚轶小组迅速投入另一个重要科学问题研究中:葫芦科其他植物如西瓜、甜瓜等是否存在类似的分子机制?如果是,则意味着可借鉴黄瓜苦味研究成果,在其他作物中也实现可操控的无苦味品种培育方案,彻底解决苦味对葫芦科作物商品品质的影响;反过来,也能为大量获得苦味质(葫芦素类组分)的品种定向培育和靶向植物制造提供基础支撑。经过两年时间的研究,通过综合运用多种研究手段,他们揭示了葫芦科植物具有非常相似的苦味性状驯化历史。利用这一趋同驯化的特点,育种家可实现对西瓜、甜瓜根中和果实中的苦味性状分别进行精确调节,一方面确保果实中不积累苦味物质,保证商品品质;另一方面提高根中的苦味含量用于抵御土壤中的病菌、害虫的侵害,还可能作为医药领域综合利用的原料。此外,该研究首次利用比较基因组学阐明了不同苦味物质间结构细微差异产生的原因,为系统解析结构异常丰富的植物次生代谢产物多样性也提供了重要借鉴。

    本项成果联合国内外几家单位合作并获得了国家杰出青年科学基金等项目的资助。博士后周渊、博士生马永硕、湖南农大曾建国教授及中科院植物所段礼新博士为论文共同第一作者,尚轶副研究员和黄三文研究员为共同通讯作者。

    另外,曾建国教授团队与黄三文教授团队合作研究兽用中药重要异喹啉生物碱(BlAs)来源植物博落回,并整合全基因组,转录组,代谢组方法,运用大数据挖掘手段对博落回中主要生物活性成分血根碱及白屈菜红碱的生源合成途径进行深入研究,也期待他们的研究能取得丰硕的成果。 


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  • 作者:刘薇
  • 来源:科技创新平台
  • 编辑:李苗
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