北京市农林科学院揭示白菜叶片遇冷变黄和品质形成的协同调控新机制

2021年6月上旬， 北京市农林科学院蔬菜中心白菜课题组在国际著名期刊New Phytologist（IF=8.5）上发表了题为Natural variations ofBrHISN2 provide a genetic basis for growth-flavour trade-off in differentBrassica rapasubspecies的研究论文，揭示了白菜叶片遇冷变黄和品质形成的协同调控新机制。研究者在大白菜育种过程中发现了一个叶片遇冷变黄的自然突变体LYH，该突变体能够形成淡黄色叶球和独特的风味，在品质育种中具有潜在应用价值。利用遗传分离群体进行该性状的QTL精细定位发现，组氨酸生物合成途径中的限速酶基因BrHISN2是叶片遇冷变黄的候选基因。转基因获得了Brhisn2-CRISPR突变体；正常生长条件下，在子叶—幼苗阶段突变体即表现为叶绿体形成缺陷，叶片严重黄化，并最终导致植株死亡。进一步研究显示，LYH类型的BrHISN2启动子中插入了两个DRE顺式元件，而DRE通过招募冷诱导的CBF2蛋白调控BrHISN2的表达；在秋白菜生长后期，随着气温降低，CBF2表达下降，BrHISN2表达受到强烈抑制，从而造成叶绿体合成缺陷，并最终导致叶片变黄和生长迟缓，但同时也产生了独特的风味。研究者还通过自然群体的全基因组选择性清除分析发现，在中国南方广泛种植的乌菜里，BrHISN2存在着更广泛的序列变异，而乌菜与突变体LYH在低温下表现出了同样的叶绿体合成缺陷和独特风味等表型特征，推测BrHISN2在乌菜的驯化和风味形成中起到了关键作用。