研究發現調控大豆類胡蘿蔔素含量的GmCCD4基因

2020-11-11 中科院之聲

類胡蘿蔔素廣泛存在於植物、藻類和細菌中，是植物的重要色素，賦予花和果實獨特的顏色，保護光合作用。類胡蘿蔔素是維他命A合成的前體物質，有利於保障人體器官的正常發育和免疫反應。脂溶性的類胡蘿蔔素能更有效地被人體吸收和利用，研究油料作物中類胡蘿蔔素含量的調控機制可為解決維他命A缺乏問題提供途徑。植物中類胡蘿蔔素的穩定積累依賴於類胡蘿蔔素生物合成/儲存與降解之間的代謝平衡。因此，類胡蘿蔔素裂解加氧酶（CCDs）的催化裂解活性是調節類胡蘿蔔素積累的重要因素之一。然而，大豆相關基因在類胡蘿蔔素代謝中的作用及相關機制研究仍較為匱乏。

中國科學院東北地理與農業生態研究所馮獻忠團隊通過篩選伽馬射線誘變的大豆突變體庫，獲得4個花色變黃且種子中類胡蘿蔔素含量升高的gmicc突變體株系。利用構建的圖位克隆群體定位到候選基因——GmCCD4，該基因編碼類胡蘿蔔素裂解雙加氧酶，通過降解類胡蘿蔔素產生β-紫羅蘭酮，是類胡蘿蔔素積累的負調控因子。全基因組關聯分析發現，GmCCD4基因為控制大豆中類胡蘿蔔素含量的3個關鍵調控位點之一；栽培大豆中存在4種GmCCD4的單倍體型，不同的單倍體型中類胡蘿蔔素含量有明顯差異，H1單倍型大豆的類胡蘿蔔素含量較高。該研究解析了GmCCD4基因調控大豆類胡蘿蔔素含量的分子機制，為調控油料作物中類胡蘿蔔素含量提供基因資源，對高營養、高品質作物育種具有科學意義和應用價值。

相關研究成果以GmCCD4 controls carotenoid content in soybeans為題，發表在Plant Biotechnology Journal上。東北地理所特別研究助理高金珊為論文第一作者，研究員馮獻忠為論文通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項和國家自然科學基金等的資助。

（a）4個大豆花色變黃且類胡蘿蔔素含量升高的gmicc突變體株系（b）大豆存在4種GmCCD4的單倍體型（c）不同單倍體型中的類胡蘿蔔素含量存在顯著差異

來源：中國科學院東北地理與農業生態研究所

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    脂溶性的類胡蘿蔔素能更有效地被人體吸收和利用，研究油料作物中類胡蘿蔔素含量的調控機制可為解決維他命A缺乏問題提供途徑。植物中類胡蘿蔔素的穩定積累依賴於類胡蘿蔔素生物合成/儲存與降解之間的代謝平衡。因此，類胡蘿蔔素裂解加氧酶（CCDs）的催化裂解活性是調節類胡蘿蔔素積累的重要因素之一。然而，大豆相關基因在類胡蘿蔔素代謝中的作用及相關機制研究仍較為匱乏。
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