菜豆是食用豆類之一，具有品種繁多、表型特征差異大、基因組小以及繁殖周期短等特點，是研究豆科植物基因功能的重要資源。黃金勾是我國北方的菜豆品種，突出特點是肉厚、纖維少、營養(yǎng)豐富。中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所通過輻射誘變構(gòu)建黃金勾突變體庫，在3500株M3代單株株行中，生育期（開花期與成熟期）、葉部性狀、株型、育性及豆莢或種皮顏色等性狀均表現(xiàn)出變異。
野生型黃金勾的豆莢隨著生長快速褪綠變黃，而在突變體庫中，出現(xiàn)較高比例的綠色豆莢突變體，且一直保持綠色。為研究黃金勾豆莢褪綠及類黃酮營養(yǎng)成分的變化，對3個發(fā)育階段的豆莢進行轉(zhuǎn)錄組和代謝組測序。隨著豆莢的發(fā)育，葉綠素含量降低，在野生型黃金勾中下降速率更快。對葉綠素代謝通路分析發(fā)現(xiàn)，葉綠素降解基因紅色葉綠素降解產(chǎn)物還原酶（RCCR）在黃金勾綠色小豆莢中高表達，而在綠色豆莢突變體中表達量較低，推測該基因是黃金勾豆莢褪綠的關鍵基因。同時，綠色豆莢突變體豆莢質(zhì)地較硬，烹飪口感差，通過測定纖維素含量，發(fā)現(xiàn)綠色豆莢突變體中纖維素含量顯著高于野生型，且與野生型相比，綠色豆莢突變體中葉纖維素合成基因表達量上調(diào)。通過豆莢代謝組研究，共檢測到154種類黃酮物質(zhì)，隨著豆莢發(fā)育，多數(shù)類黃酮物質(zhì)含量降低。在黃金勾中，柚皮苷、牡荊素-2-O-鼠李糖苷、異槲皮甙、槲皮素、山奈酚、紫云英苷和芒柄花苷含量較高；在綠色豆莢突變體中，木犀草素、芹菜素、李屬異黃酮、鷹嘴豆素、黃顏木素含量較高。該研究從生理和分子水平揭示黃金勾豆莢褪綠的機制，并對豆莢發(fā)育過程中類黃酮物質(zhì)進行代謝分析，為解析營養(yǎng)物質(zhì)變化提供理論基礎。
研究工作得到國家重點研發(fā)項目、中科院重點部署項目及國家自然科學基金等的資助。
野生型與綠莢突變體豆莢顏色變化模式圖
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