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莴苣课题组揭示莴苣种子颜色形成的遗传机制
时间:2023-11-08

莴苣是日常食用蔬菜之一,除了叶色和叶形的多样性外,其种子有三种颜色为黑色、白色和黄色。究竟是什么因素导致莴苣种子颜色的差异,控制莴苣种子颜色自然变异的遗传基础仍然是未知的。

近日,Theor Appl Genet在线发表了华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室陈炯炯课题组题为“Seedcolor in lettuce is determined by theLsTT2, LsCHS,andLs2OGDgenes from the flavonoid biosynthesis pathway”的研究论文。该研究通过全基因组关联分析以及BSR-seq的方法解析了莴苣种子颜色自然变异的遗传基础。

图1. 莴苣的种子颜色种类及种皮黄酮含量

该研究团队利用187份自然群体材料通过全基因组关联分析,发现了一个控制种子颜色黑白的变异位点,并且利用白色种子亲本(S1)和黑色种子亲本(Y37)杂交构建分离群体,进一步确定了控制莴苣种子白色的Lstt2位点的定位。根据亲本重测序序列分析发现,Lstt2在白色种子亲本S1中有两个点突变,一个是同义突变,另一个是把终止密码子TGA转变为TCA。通过使用CRISPR/Cas9技术在黑色种子敲除LsTT2,发现种子颜色从黑色变为白色,种皮中的黄酮含量也显著降低。

同时为了解析控制莴苣黄色种子的遗传基。冒咨肿忧妆荆╔5)和黄色种子亲本(W7)杂交,其中发现F1种子为黑色。F1自交后获得的F2分离群体,利用黄色和黑色种子的单株定位控制黄色的位点,发现在候选区段内至少有10个与类黄酮生物合成有关的基因。将候选基因进行功能验证,在黑色种子材料中敲除2-oxoglutarate-dependent dioxygenase(2OGD)基因,种子颜色从黑色变为黄色,其突变体种皮中的黄酮含量也显著降低。同时,敲除LsCHS基因后,该突变体的种子颜色强度降低,种皮黄酮含量也随之降低,说明LsCHS同源基因在莴苣种子颜色的形成中也起到重要作用。本研究为植物类黄酮生物合成调控提供了新的思路。

图2. 突变体种子颜色变化以及种皮黄酮含量

华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室张小燕博士为本论文的第一作者,陈炯炯副教授为本文的通讯作者。匡汉晖教授参与指导了相关工作。该研究得到了国家自然科学基金的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1007/s00122-023-04491-y


作者:张小燕

审核:陈炯炯

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