草莓颜色将可人为调控

2019-12-20 绿谷生物 中国科学报
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 图1 不同基因型森林草莓成熟果实的照片。康春颖供图

图1 不同基因型森林草莓成熟果实的照片。康春颖供图

图2 野生型森林草莓“Ruegen”和RAP-ox;rap中处于不同发育阶段的花器官和果实的着色情况

图2 野生型森林草莓“Ruegen”和RAP-ox;rap中处于不同发育阶段的花器官和果实的着色情况。康春颖供图

或红或粉或白,颜色决定着草莓是否具有诱人的“外貌”。现有草莓品种大部分为红果,少数白果品种受到人们的青睐,如“小白”和“白雪公主”等。近日,华中农业大学教授康春颖课题组在Plant Biotechnology Journal在线发表最新研究成果,揭示了RAP基因在草莓果实着色中的应用前景。

论文通讯作者康春颖告诉《中国科学报》,花青素是草莓果实的主要呈色色素。该课题组前期通过EMS诱变二倍体森林草莓(Fragaria vesca)白果品种Yellow Wonder,获得了一个rap突变体。进一步研究表明,草莓中的RAP基因编码一个谷胱甘肽S-转移酶(GST),负责将花青素从细胞质中转运到液泡中储存,是导致果实和叶柄着色的关键转运蛋白。

研究者将RAP-ox稳定转化至rap突变体,出乎意料的是,果实能够由白转红,而且与野生红果草莓不同的是,果肉也能变红(图1)。仔细观察发现,RAP-ox果实在花期和果实早期即能积累大量花青素(图2),原花青素含量也显著升高,这与野生型红果草莓在转色期才着色截然不同。

论文第一作者高绮介绍,进一步分析发现,花青素途径基因在RAP-ox中并未上调表达,因此这种转变可能发生在蛋白水平或代谢水平;另外,成熟果实的花青素化合物组成也不同于野生型。该研究首次揭示了加强花青素运输能力能够激活和促进花青素积累。

此外,研究者采用CRISPR  Cas9技术在栽培草莓“宁玉”中敲除RAP基因,在T0代即获得了多个成功敲除RAP的株系,其果实颜色由红转白,花青素含量急剧减少;在T1代,该表型可以稳定遗传。这些结果不仅说明RAP基因可用于白果草莓育种,而且表明基因编辑技术能够用于栽培草莓的遗传改良。

该项成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中央高校基本科研基金的支持。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1111/pbi.13317