四川農大在白三葉原花青素生物合成機制研究獲進展

白三葉是世界范圍內廣泛栽培的優質豆科牧草，其營養價值高、蛋白質含量豐富，為各種畜禽所喜食。然而，白三葉原花青素含量極低，家畜過多單一采食后，蛋白質易在瘤胃中迅速發酵水解，導致大量氣體和泡沫形成，引起臌脹病發生。適量增加牧草中原花青素含量可抑制蛋白質水解從而有效預防和減少臌脹病的發生，增強反芻動物腸道對必需氨基酸的吸收。

近日，四川農業大學張新全教授團隊在中科院一區TOP期刊Industrial Crops & Products 在線發表了研究論文，該論文通過對白三葉核心種質原花青素含量進行定性定量評價、光合指標測定、結合比較轉錄組學和代謝組學綜合解析了白三葉花青素和原花青素生物合成的代謝機理。

圖片來源：四川農業大學

該研究發現，“紫色”白三葉的花青素和原花青素含量均高于白三葉品種“海法”，代謝組學分析表明天竺葵素是“紫色”白三葉最重要的色素來源，矢車菊素-3-O-(6-O-對香豆酰)葡萄糖苷，牽牛花素-3-O-(6-O-對香豆酰)蕓香糖苷以及飛燕草素-3-O-蕓香糖苷-7-O-葡萄糖苷有利于原花青素的生物合成。此外，比較轉錄組鑒定到67個與花青素、原花青素生物合成相關的差異表達基因，其中包括7個MYB轉錄因子以及關鍵結構基因DFR、LAR、ANR、LDOX/ANS和UFGT。結果表明DFR、LAR、ANR和LDOX/ANS的上調表達導致原花青素在白三葉花序中的積累，而白三葉草葉片中低表達的LAR和ANR不足以合成適量的原花青素。此外，DFR、ANS和UFGT的上調表達也是‘紫色’白三葉中穩定花青素形成的關鍵。

綜上所述，研究提出了一個基因表達調控白三葉花青素和原花青素合成的假設模型，揭示了DFR、LAR、ANR和LDOX/ANS結構基因的表達是白三葉花青素和原花青素生物合成的關鍵，為今后候選基因的驗證和選育高原花青素的白三葉品種提供了分子遺傳學基礎。

四川農業大學為該論文唯一通訊單位，張新全教授和聶剛副教授為該論文的共同通訊作者，博士生馬賽男為該論文第一作者，碩士生胡如常為共同第一作者，黃琳凱教授、馮光燕博士及吳菲菲博士后共同參與此項工作。本研究得到了國家現代牧草產業技術體系、四川省自然科學基金和四川省十四五育種攻關的資助。

該團隊此前還對鑒定到的白三葉原花青素合成調控關鍵候選基因R2R3-MYB家族成員進行了全基因組分析并構建了其在白三葉不同組織的表達模式，為揭示R2R3-MYB介導的白三葉原花青素生物合成機制奠定基礎。該團隊前期還對從全球的尺度收集的448份白三葉核心種質的遺傳變異及群體結構進行了評價，從揭示基因流動和自然選擇引起的適應性角度分析了種質資源遺傳多樣性，對揭示白三葉適應性進化歷程、核心種質資源保護利用及其遺傳改良具有重要意義。