黄三文团队研究揭示黄瓜苦味合成调控机制

2014-12-02 08:35 | 作者: 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 | 标签: 黄三文

11月29日,从中国农业科学院蔬菜花卉研究所和深圳农业基因组研究所在京联合举行的新闻发布会上获悉,由蔬菜所研究员、基因组所副所长黄三文领导的科研团队通过历经5年的研究发现了黄瓜苦味合成、调控及驯化的分子机制。这项研究揭开了黄瓜变苦的秘密,为将来培育无苦味黄瓜新品种和开发合成抗癌药物——苦味物质葫芦素迈出了关键一步。最新一期的国际顶级学术期刊《科学(Science)》杂志以长篇幅论文的形式发表了这一研究成果。

据黄三文介绍,科研团队在5年的时间里,先后开展了24000个黄瓜基因测序,查找到400万个变异位点,逐个品尝了20亩黄瓜地中的6万株黄瓜的瓜叶、瓜藤、瓜果的味道,从1吨瓜叶中提炼出数毫克的苦味元素。通过深入挖掘基因组学数据并结合代谢组学、遗传学、分子生物学等多种研究手段,揭示了9个基因负责苦味物质生物合成的代谢路径,同时发现这9个基因由两个“主开关”基因(Bl和Bt)直接控制,Bl控制叶片苦味,Bt控制果实苦味。在野生黄瓜向栽培黄瓜驯化过程中,Bt基因受到选择,导致无苦味黄瓜的出现。但这个驯化过程并不完全,黄瓜在逆境条件下生长仍然会变苦。

进一步研究发现,Bt启动子区域有一个新的突变体——SNP-1601,能够使Bt基因在逆境中不表达,可控制黄瓜不会变苦,从而彻底避免苦味对黄瓜品质的影响。通过精确调节果实和叶片中Bt和Bl的表达模式,可以确保黄瓜果实中不积累苦味物质,保证黄瓜的商品品质;同时提高叶片中的葫芦素含量用于抵御害虫的侵害,减少农药的使用。育种专家们正在利用这个分子育种方案培育新型黄瓜品种。

黄瓜苦味物质葫芦素具有很好的药用价值。最早在《本草纲目》中就记载富含葫芦素的甜瓜瓜蒂具有催吐及消炎的功效。现代医学研究还发现葫芦素能够抑制癌细胞的生长,可与其他抗癌药物一块用于癌症治疗。黄三文表示,正在与有关科研单位开展合作研究,葫芦素的合成和调控机制一旦破解,或为将来开发合成治疗癌症的药物打下坚实的基础。

发布会上,有关专家认为,黄三文团队综合采用了基因组、变异组、转录组、分子生物学和生物化学等多种技术手段,解决了长期影响黄瓜生产的一个重大应用问题,这是蔬菜基因组研究直接用于品种改良的优秀范例,为培育超级黄瓜提供了可供选择的育种方案。

本项成果是在中国农科院科技创新工程的推动下,蔬菜所和基因组所联合国内外几家单位协同创新的结果。研究得到了国家“973”计划、国家杰出青年科学基金、国家“863”计划和农业部“948”等项目的资助,以及深圳市政府的大力支持。课题组尚轶、马永硕、周渊和张慧敏为论文共同第一作者,黄三文研究员为通讯作者。

来源:中国农业科学院蔬菜花卉研究所

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