近日，中國農業科學院作物科學研究所周美亮團隊在Plant Biotechnology Journal雜志在線發表了最新研究成果“UV-B Responsive Flavonoid Synthesis Contributes to Tartary Buckwheat High-Altitude Adaption”
本研究選取了5種蕎麥屬植物進行表型評估和代謝物含量測定，種子在九圃組織培養箱中25℃條件下萌發，幼苗每日接受8小時紫外線UV-B處理以誘導脅迫，而對照組則噴施甲醇處理。
該研究鑒定了黃酮類物質在栽培和野生蕎麥響應高海拔UV-B脅迫時的差異合成，揭示了苦蕎響應UV-B的黃酮類代謝物合成在苦蕎適應高海拔環境過程中的分子機制。
文獻引用的九圃產品——九圃組織培養箱TCC800
*文章正文(補充材料無效)中需注明正確的產品名稱,型號，并采用標準公司名稱:福建九圃生物科技有限公司Fujian Jiupo Biotechnology Co.,Ltd.
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.70277
高海拔環境使植物暴露于更高水平的UV-B輻射，促使植物進化出更多樣的保護機制以減輕脅迫壓力。蕎麥獨立起源于我國的喜馬拉雅山區，野生蕎麥分布最高海拔可達4600米以上，具有高抗UV-B和富含黃酮類代謝物，對高原環境適應性強。因此深入解析黃酮類代謝物合成在苦蕎高海拔UV-B適應中的調控作用，對作物響應逆境脅迫和選育高抗UV-B作物品種具有重要意義。
該研究首先檢測了不同栽培（苦蕎、甜蕎）與野生蕎麥（硬枝、細柄）中45種次生代謝物含量，發現不同次生代謝物在不同材料間差異較大，其中苦蕎中蘆丁、槲皮苷、山奈酚和總黃酮積累較高，細柄中花青素和異槲皮素含量較高。在UV-B處理下，栽培型苦蕎和野生型細柄幼苗根的伸長受到的抑制最小，相關性分析發現黃酮類代謝物蘆丁、槲皮素、山奈酚、異槲皮苷和總黃酮積累量與UV-B處理下幼苗生長呈正相關，表明苦蕎和細柄更強的UV-B耐受性與蘆丁生物合成途徑中代謝物含量的升高緊密相關。同時，在UV-B處理下，對雙子葉植物（卷心菜、大豆和綠豆）以及谷類作物（水稻、小麥和大麥）分別噴施異槲皮苷和蘆丁，這兩種化合物均增強了六種作物對UV-B的耐受性，促進了幼苗的生長，進一步證明了蘆丁合成途徑的下游代謝產物在增強植物對UV-B的耐受性方面發揮著保守的作用（圖1）。
圖1 不同材料中黃酮類代謝物含量與UV-B耐受性分析
為了進一步解析不同蕎麥間黃酮類代謝物含量差異的遺傳基礎，全基因組關聯分析分別鑒定到與槲皮素、蘆丁關聯編碼合成酶基因FtFLS4、FtRT1和FtUF3GT1（圖2、3），功能驗證表明，FtFLS4的G125D氨基酸變異和FtRT1的PGSG-box內的結構變異顯著影響蕎麥蘆丁相關代謝物的合成。同源或異源過表達材料中黃酮類代謝物含量提升且增強了對UV-B脅迫的耐受性。進一步研究表明FtFLS4、FtRT1和FtUF3GT1基因在栽培、野生不同類型蕎麥間的活性差異較大，進而影響基因的轉錄水平最終導致黃酮類化合物合成的差異。該研究挖掘并鑒定了催化黃酮類代謝物合成的關鍵基因和響應UV-B啟動子元件，為設計響應高海拔生態因子的智能調控元件和作物響應逆境脅迫提供理論基礎和基因資源。
圖2 FtRT1的催化特性
圖3 黃酮類代謝物的合成酶FtFLS4和FtUF3GT1調控苦蕎UV-B耐受性
總之，本研究為黃酮類化合物在紫外線B適應中的關鍵作用提供了有力證據，并確定了韃靼蕎麥中FtFLS4、FtUF3GT1和FtRT1的增強功能，以及它們的啟動子對紫外線B的響應性，是其適應高海拔環境的關鍵因素。這些發現為未來通過靶向代謝工程策略增強植物抗逆性的研究提供了寶貴的理論基礎。
作者簡介
中國農科院作科所周美亮研究員和張凱旋研究員為論文的共同通訊作者，博士研究生高元芬為該論文的第一作者。四川農業大學陳惠教授等國內外相關合作者也參與了該工作。該研究得到國家自然科學基金的資助。
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