近日，河南農業大學殷冬梅教授團隊在植物學領域權威期刊《Journal of Integrative Plant Biology》上發表了題為“PSC1, a basic/helix-loop-helix transcription factor controlling the purplish-red testa trait in peanut”的研究成果。該研究報道了控制紫紅色種皮的重要基因PSC1，能夠與AhMYB7形成複合物，共同抑制花色素還原酶ANR的表達，從而調控花生種皮中花色苷的含量。
花生（Arachis hypogaea L.）是世界上重要的油料與經濟作物，是食用植物油和蛋白質的重要來源。花生種皮富含類黃酮、原花色素、白藜蘆醇等多種生理活性成分，具有抗氧化、防止血小板減少、抑菌等多種功效。花生紫紅色種皮富含較高的花青素等營養成分，因此挖掘控制花生紫紅色種皮顏色的功能基因及其分子調控機制，對於功能型新品種培育具有重要的理論和應用價值。
本研究利用ND_F（粉色種皮花生品種）與ND_Z（紫紅色種皮花生品種）構建的F2群體後代，進一步構建了極端性狀混池，進行BSA（Bulk Segregant Analysis）分析，將控制種皮顏色的基因定位在03號染色體約3.61 Mb的區間內。之後在區間內開發出7對多型性的分子標記利用後代群體進行精細定位，最終將區間縮小至222.2 kb。結合轉錄組與代謝組的綜合分析，我們成功鑑定出一個編碼bHLH的轉錄因子的基因，該基因在紫色種皮花生的啟動子中存在35 bp的插入，進一步表明，這一插入序列屬於短串聯重複（Short Tandem Repeat, STR），它顯著增強了該基因在ND_Z品種種皮中的表達水平。隨後的研究揭示，無論是在高世代的重組自交系（RIL）中，還是在自然群體中，該基因的表達均與種皮顏色呈現出緊密的關聯性。基於這些發現，我們將該基因確定為候選基因，並命名為PURPLE SEED COAT1 (PSC1) （圖1）。
圖1 PSC1的鑑定及特徵
綜合轉錄組和代謝組的分析結果，我們揭示了PSC1、MYB以及WD40在花生種皮中存在共表達現象。深入研究後，我們發現PSC1能夠與AhMYB7形成特定的複合物，這一複合物能夠選擇性地結合到花青素還原酶ANR的啟動子上，進而抑制其表達。這一抑制作用促使花色苷的積累增多，從而導致種皮顏色加深。透過對PSC1基因進行遺傳轉化分析，我們發現，在擬南芥過表達株系的種子以及花生愈傷組織中，花青素的含量相較於野生型均有顯著提升（圖2）。綜上所述，本研究採用正向遺傳學的方法，成功鑑定出一個與花生紫紅色種皮顏色密切關聯的優異等位基因PSC1Z，對其分子機制進行了深入解析，並開發了分子標記。這一研究成果不僅為功能型花生新品種的培育提供了寶貴的理論基礎，同時也具有重要的實際應用價值。
圖2 PSC1調控花生紫紅色種皮的分子機制
河南農業大學農學院青年教師趙昆昆為該文第一作者，殷冬梅教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金聯合重點專案、河南省重點科技攻關等專案的資助。殷冬梅教授領銜的河南農業大學花生功能基因組創新團隊，依託於河南省花生基因組與分子育種工程技術研究中心，主要從事花生基因組與功能基因挖掘，致力於揭示花生產量、品質和抗病性狀形成的機制與調控途徑研究。圍繞花生種業“卡脖子”等重要科學問題開展工作，已在Advanced Science、Genome Biology、Plant Biotechnology Journal、New Phytologist等國際著名期刊上發表了120餘篇學術性文章，取得多項原創性研究成果。
論文連結：
https://doi.org/10.1111/jipb.13847
來源：河南農業大學
