Mekanismen for lilla farve og smag af HongShanCaiTai, Kinas kejserlige ret, afsløret

Brassica har længe været af altafgørende betydning for landbrug og menneskelig ernæring, der indeholder forskellige populære afgrøder som grønkål, blomkål, raps, majroer, pak choi, kål, sennep og choy sum, som er af høj økonomisk værdi verden over. Indtil nu er genomerne af mere end 20 Brassica rapa-afgrøder blevet samlet. Men fuldstændigt komplette genomer af B. rapa mangler endnu at blive samlet.

For at udfylde den manglende del af forskningen og løse de særlige agronomiske træk ved purpuraria, brugte forskere højdybde ONT- og HiFi-sekventeringsdata til at færdiggøre de første T2T-gab-fri genomer af B. rapa ssp. chinensis cv. AiJiaoBai, en bladgrøntsag; og B. rapa ssp. purpuraria cv. HongShanCaiTai, en blomstret skudgrøntsag. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Science Bulletin .

Baseret på de gap-fri genomer, løste forskerne i detaljer sekvensegenskaberne af de meget komplekse regioner af B. rapa. Centromererne af B. rapa bestod af satellitsekvenser dannet af 176-bp monomer. I modsætning til den typiske stramt arrangerede struktur rDNA i andre planter, viste 45S rDNA fra B. rapa løse og betydeligt udvidede karakteristika, der optog store områder på kromosomerne. Indsættelse af et stort antal specifikke typer af TE er hovedkilden til udvidelsen.

Det er bemærkelsesværdigt, at 45S rDNA-regionerne af B. rapa overlappede fuldstændigt med dets pericentromerer, hvilket indikerer, at 45S rDNA'et kan være relateret til dannelsen af ​​pericentromerer på en eller anden måde.

Purpuraria er lilla-rød på grund af dets høje indhold af proanthocyanidiner, en klasse af bioaktive antioxidanter, der forebygger hjerte-kar- og cerebrovaskulære sygdomme, samtidig med at de har leverbeskyttelse og andre fysiologiske funktioner.

Ved at sammenligne genomerne af 21 B. rapa-underarter fandt forskerne, at en strukturel variant (SV) på kromosom 7, der var specifik for purpuraria, i sidste ende førte til fænotypen af ​​dens lilla-røde skudstængler. Denne SV er placeret i promotorregionen, 245-bp opstrøms for transkriptionsfaktoren BrMYB2 i et domesticeringslocus af purpuraria.

Efterfølgende eksperimenter viste, at SV havde resulteret i betydelig opregulering af BrMYB2 i skudstænglerne af purpuraria, hvilket i sidste ende resulterede i dens lilla-røde farve. Tilstedeværelsen af ​​denne SV og dens virkning blev valideret i flere purpuraria-accessioner.

Purpuraria er begunstiget for sin unikke smag som en lokal sæsonbestemt grøntsag. Glucosinolater (GSL'er) blev tidligere rapporteret at spille en afgørende rolle i bestemmelsen af ​​den særlige smag af B. rapa. Forskerne påpegede, at adskillige gener på alifatisk GSL-biosyntesevej er signifikant opreguleret i purpuraria-blade, hvilket tyder på, at dets biosyntese i purpuraria kan øges betydeligt.

Derudover producerede GTR1-genet, som fremmer transporten af ​​GSL'er fra blade til skudstængler, ekstra kopier i purpuraria, hvilket førte til dets titusfold opregulering. Den høje biosyntese af alifatiske GSL'er og deres effektive transport til skudstænglerne kan være det genetiske grundlag for den særlige smag af purpuraria som en blomstret skudgrøntsag.

Denne undersøgelse blev ledet af Prof. Kun Wang (State Key Laboratory of Hybrid Rice fra College of Life Sciences, Hubei Hongshan Laboratory of College of Life Sciences, Institute for Advanced Studies og RNA-instituttet ved Wuhan University), Prof. Aihua Wang (Wuhan Vegetable) Research Institute, Wuhan Academy of Agricultural Sciences) og prof. Qijun Nie (Institute of Economic Crops, Hubei Academy of Agricultural Sciences).

Flere oplysninger: Yifan Zhou et al., Kompleksiteten af ​​strukturelle variationer i Brassica rapa afsløret ved samling af to komplette T2T-genomer, Science Bulletin (2024). DOI:10.1016/j.scib.2024.03.030

Leveret af Science China Press