华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室闻玮玮和匡汉晖教授课题组在莴苣进化和代谢生物学研究领域取得新进展。研究团队利用189份包含野生和栽培莴苣材料的转录组和代谢组数据，系统地研究了初生代谢网络及其在不同莴苣类型间的变异，并挖掘到与莴苣初生代谢通路驯化及类型分化相关的多个关键基因。相关研究成果于以“Dissection of the domestication-shaped genetic architecture of lettuce primary metabolism”为题发表在The Plant Journal上。
现代栽培莴苣（Lactuca sativa）包含多种栽培类型，如结球型（crisprhead）、奶油型（butterhead）、散叶型（looseleaf）、罗马型（romaine）和莴笋型（stem）。现代栽培莴苣是由Lactuca serriola驯化而来（deVries, 1997）。匡汉晖教授团队前期研究发现现代栽培莴苣是由一次单一的驯化事件起源，经历上千年的时间在不同国家及地区慢慢演变成了现代的各种栽培类型（Zhang et al., 2017）。随着莴苣驯化历程的揭示，新的问题也应运而生：除了那些易于观察的形态学变化，那些肉眼不可见的且与莴苣营养品质密切相关的代谢产物在莴苣驯化及类型分化中发生了哪些改变？
图一：初生代谢产物在不同莴苣类型间的变异
该研究中，研究人员测定了189份莴苣材料的77种初生代谢产物，基于代谢数据的PCA、PLS-DA、Qst-Fst等多种方法发现野生莴苣与栽培莴苣存在明显的差异，符合莴苣单一驯化起源的假说。然而相较于基因组水平，五大栽培类型的莴苣间，在代谢水平并未形成明显分化（图一）。研究人员进一步发现代谢物肌醇半乳糖苷（galactinol）、苹果酸（malate）、奎宁酸（quinate）和苏糖酸（threonate）可能在莴苣的驯化或者类型分化的过程中有着重要的意义。全基因组关联分析鉴定了154个mQTL位点，并且挖掘出与绿原酸（Chlorogenic acid）、奎宁酸和肌醇半乳糖苷等含量变异关联的功能基因和等位变异，并发现多个位点位于选择性清除区域（selective sweep）。研究中，利用另一莴苣群体对位于选择清除区域的候选基因进行了验证并推测HQT等基因在启动子区域的变异可能导致其启动子活性发生变化，进而影响了其表达水平以及奎宁酸和绿原酸在野生及栽培莴苣中的含量变化。
研究人员还对莴苣驯化和类型分化中初生代谢物的变异进行了系统的研究，并解析了其遗传基础。研究发现，栽培莴苣中奎宁酸与绿原酸的含量均明显低于野生莴苣。鉴于绿原酸在食品和保健方面的重要的作用，该研究对莴苣的营养成分改良和品质提升提供了信息和线索。
华中农业大学园艺林学学院博士研究生张维奕和德国马克斯普朗克研究所Saleh Alseekh博士为论文并列第一作者，闻玮玮、匡汉晖和马克斯普朗克研究所Alisdair R. Fernie教授为论文共同通讯作者。该项目得到国家重点研发项目以及华中农业大学自主创新计划的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/tpj.14950
日期：2020-10-13
