北京市農林科學院揭示白菜葉片遇冷變黃和品質形成的協同調控新機制

2021年6月上旬， 北京市農林科學院蔬菜中心白菜課題組在國際著名期刊New Phytologist（IF=8.5）上發表了題為Natural variations ofBrHISN2 provide a genetic basis for growth-flavour trade-off in differentBrassica rapasubspecies的研究論文，揭示了白菜葉片遇冷變黃和品質形成的協同調控新機制。研究者在大白菜育種過程中發現了一個葉片遇冷變黃的自然突變體LYH，該突變體能夠形成淡黃色葉球和獨特的風味，在品質育種中具有潛在應用價值。利用遺傳分離群體進行該性狀的QTL精細定位發現，組氨酸生物合成途徑中的限速酶基因BrHISN2是葉片遇冷變黃的候選基因。轉基因獲得了Brhisn2-CRISPR突變體；正常生長條件下，在子葉—幼苗階段突變體即表現為葉綠體形成缺陷，葉片嚴重黃化，并最終導致植株死亡。進一步研究顯示，LYH類型的BrHISN2啟動子中插入了兩個DRE順式元件，而DRE通過招募冷誘導的CBF2蛋白調控BrHISN2的表達；在秋白菜生長后期，隨著氣溫降低，CBF2表達下降，BrHISN2表達受到強烈抑制，從而造成葉綠體合成缺陷，并最終導致葉片變黃和生長遲緩，但同時也產生了獨特的風味。研究者還通過自然群體的全基因組選擇性清除分析發現，在中國南方廣泛種植的烏菜里，BrHISN2存在著更廣泛的序列變異，而烏菜與突變體LYH在低溫下表現出了同樣的葉綠體合成缺陷和獨特風味等表型特征，推測BrHISN2在烏菜的馴化和風味形成中起到了關鍵作用。