北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜中心在韭菜風(fēng)味形成機(jī)制方面取得新進(jìn)展
2021年05月17日來源：北京市農(nóng)林科學(xué)院
韭菜（Allium tuberosum）是我國(guó)的傳統(tǒng)特色蔬菜，兼具食用、藥用價(jià)值，常年種植面積達(dá)40萬(wàn)公頃以上，在蔬菜周年生產(chǎn)和供應(yīng)中占據(jù)重要地位。韭菜富含有機(jī)硫化物S-烴基半胱氨酸亞砜（S-alk（en）yl cysteine sulfoxides，CSOs）而具有特殊的辛香，這類含硫化合物是韭菜風(fēng)味物質(zhì)的前體分子，它們構(gòu)成了韭菜風(fēng)味品質(zhì)和保健功效的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，探究CSO生物合成的分子機(jī)制既是一個(gè)重要的科學(xué)問題，也能指導(dǎo)韭菜品質(zhì)栽培的技術(shù)創(chuàng)新。然而與番茄、白菜、黃瓜等大宗蔬菜相比，特色蔬菜的分子生物學(xué)研究長(zhǎng)期受到忽視，韭菜功能基因組學(xué)研究進(jìn)展非常緩慢，國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道較少，韭菜風(fēng)味形成的分子機(jī)制研究尚屬空白。
5月14日，蔬菜中心科研團(tuán)隊(duì)在著名國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Genomics》（IF=6.205）在線發(fā)表了題為“Tranome landscapes of multiple tissues highlight the genes involved in the flavor metabolic pathway in Chinese chive （Allium tuberosum）”的研究論文。該研究系統(tǒng)分析了中國(guó)特色蔬菜—韭菜的組織特性轉(zhuǎn)錄組，首次詳細(xì)鑒定和分析了韭菜硫代謝和CSO合成過程的關(guān)鍵基因，初步勾勒出韭菜風(fēng)味前體分子CSO的生物合成框架，彌補(bǔ)了韭菜風(fēng)味形成分子機(jī)制研究領(lǐng)域的一段空白，為深入開展韭菜CSO合成的調(diào)控機(jī)制研究奠定了堅(jiān)實(shí)的工作基礎(chǔ)。
該研究以國(guó)內(nèi)主栽品種“791” 韭菜為實(shí)驗(yàn)材料，利用高通量測(cè)序技術(shù)，系統(tǒng)分析了韭菜葉片、花、花序、根狀莖、根和種子的組織特異性轉(zhuǎn)錄組，從中鑒定到22萬(wàn)個(gè)韭菜基因，發(fā)現(xiàn)有205個(gè)基因參與硫同化、半胱氨酸和谷胱甘肽合成、CSO合成與水解釋放香氣的生化過程，并據(jù)此推測(cè)出韭菜特征香氣形成的分子通路及其關(guān)鍵酶（基因），詳細(xì)分析它在不同組織/器官中的表達(dá)模式。研究結(jié)果初步揭示出韭菜CSO合成的分子途徑，為開展韭菜風(fēng)味改良的分子育種工作提供了若干新靶點(diǎn)，這是我院在特色蔬菜研究領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新成果。
該研究還有一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，不同韭菜組織中，韭花中CSO積累量最高，分別是葉片和花序的5.2和8.7倍。盡管尚不清楚韭花大量積累CSO的生物學(xué)意義，但該結(jié)果在一定程度上解釋了韭花醬作為中國(guó)特色調(diào)味品而深受人民群眾喜愛的科學(xué)基礎(chǔ)。
該論文第一作者為我院蔬菜中心劉寧研究員，通訊作者為武占會(huì)研究員和劉寧研究員。蔬菜中心劉明池研究員對(duì)本研究也做出了重要貢獻(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)的王寶駒副研究員、佟靜博士、梁浩博士、季延海助理研究員、客座碩士研究生胡瞞瞞、韓貝貝等人也參與了部分研究工作。該項(xiàng)研究得到了北京市農(nóng)林科學(xué)院“青年英才”計(jì)劃、蔬菜中心科創(chuàng)基金和農(nóng)業(yè)部特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項(xiàng)目的資助。
蔬菜中心栽培與設(shè)施科研團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以韭菜、生菜、番茄等設(shè)施園藝作物為研究對(duì)象，瞄準(zhǔn)蔬菜品質(zhì)和風(fēng)味調(diào)控技術(shù)及其作用機(jī)理，開展了大量研究工作，已在園藝學(xué)報(bào)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，中國(guó)蔬菜等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表重要學(xué)術(shù)論文20余篇，獲得多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。在該項(xiàng)研究的工作基礎(chǔ)上，科研團(tuán)隊(duì)未來將持續(xù)聚焦韭菜風(fēng)味相關(guān)基因的功能，解析其相關(guān)分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，深入研究這一中國(guó)特色蔬菜風(fēng)味形成的分子機(jī)理，為韭菜風(fēng)味調(diào)優(yōu)技術(shù)創(chuàng)新提供科學(xué)理論支撐，助力中國(guó)特色蔬菜產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效和綠色發(fā)展。
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0888754321001786
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