白三葉是世界范圍內(nèi)廣泛栽培的優(yōu)質(zhì)豆科牧草，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、蛋白質(zhì)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(zhì)易在瘤胃中迅速發(fā)酵水解，導(dǎo)致大量氣體和泡沫形成，引起臌脹病發(fā)生。適量增加牧草中原花青素含量可抑制蛋白質(zhì)水解從而有效預(yù)防和減少臌脹病的發(fā)生，增強(qiáng)反芻動(dòng)物腸道對(duì)必需氨基酸的吸收。

近日，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)張新全教授團(tuán)隊(duì)在中科院一區(qū)TOP期刊《Industrial Crops & Products》在線發(fā)表了研究論文，該論文通過對(duì)白三葉核心種質(zhì)原花青素含量進(jìn)行定性定量評(píng)價(jià)、光合指標(biāo)測(cè)定、結(jié)合比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)綜合解析了白三葉花青素和原花青素生物合成的代謝機(jī)理。

圖片來源：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)

該研究發(fā)現(xiàn)，“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(xué)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(duì)香豆酰)葡萄糖苷，牽?；ㄋ?3-O-(6-O-對(duì)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(zhuǎn)錄組鑒定到67個(gè)與花青素、原花青素生物合成相關(guān)的差異表達(dá)基因，其中包括7個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子以及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因DFR、LAR、ANR、LDOX/ANS和UFGT。結(jié)果表明DFR、LAR、ANR和LDOX/ANS的上調(diào)表達(dá)導(dǎo)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(dá)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(diào)表達(dá)也是‘紫色’白三葉中穩(wěn)定花青素形成的關(guān)鍵。

綜上所述，研究提出了一個(gè)基因表達(dá)調(diào)控白三葉花青素和原花青素合成的假設(shè)模型，揭示了DFR、LAR、ANR和LDOX/ANS結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)是白三葉花青素和原花青素生物合成的關(guān)鍵，為今后候選基因的驗(yàn)證和選育高原花青素的白三葉品種提供了分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)。

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)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作者，碩士生胡如常為共同作者，黃琳凱教授、馮光燕博士及吳菲菲博士后共同參與此項(xiàng)工作。本研究得到了國家現(xiàn)代牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、四川省自然科學(xué)基金和四川省十四五育種攻關(guān)的資助。

該團(tuán)隊(duì)此前還對(duì)鑒定到的白三葉原花青素合成調(diào)控關(guān)鍵候選基因R2R3-MYB家族成員進(jìn)行了全基因組分析并構(gòu)建了其在白三葉不同組織的表達(dá)模式，為揭示R2R3-MYB介導(dǎo)的白三葉原花青素生物合成機(jī)制奠定基礎(chǔ)。該團(tuán)隊(duì)前期還對(duì)從全球的尺度收集的448份白三葉核心種質(zhì)的遺傳變異及群體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，從揭示基因流動(dòng)和自然選擇引起的適應(yīng)性角度分析了種質(zhì)資源遺傳多樣性，對(duì)揭示白三葉適應(yīng)性進(jìn)化歷程、核心種質(zhì)資源保護(hù)利用及其遺傳改良具有重要意義。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2022.115529