唐湘如教授团队在调控香稻香气积累的分子机制研究中取得新进展

审核发布:宣传部 曾子焉 来源单位及审核人:农学院 林轩东 发布时间:2021-12-21浏览次数:1781

  近日,我校农学院、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室唐湘如课题组在调控香稻香气特征物2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)积累的分子机制研究中取得新进展并在国际高水平期刊发表学术论文2篇。

  在农林科学领域TOP期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry(IF2020=5.279)上发表题目为“Transcriptomic Analysis Provides Insights into Foliar Zinc Application Induced Upregulation in 2‑Acetyl-1-pyrroline and Related Transcriptional Regulatory Mechanism in Fragrant Rice”的论文,通过转录组学水平探究叶面施锌促进香稻2-AP积累。(论文在线网址:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.1c03655)。

  目前叶面施锌促进香稻2-AP形成的分子机制尚缺乏研究,导致通过基因工程培育香味浓郁的香稻特色新品种存在一定盲目性,同时也限制了香稻増香栽培技术轻简化的推广。该研究发现叶面施锌能提高香稻产量和籽粒2-AP的含量。通过大田和盆栽试验,探明了在稳产甚至增产且节约锌肥投入成本的前提下,能够提高香稻2-AP含量的最佳叶面施锌浓度为30mgL-1。同时发现两个香稻品种于抽穗后15d时叶片2-AP含量均达到最高水平,因此确定筛选转录因子的条件和时机。编码转录因子的基因的表达受外界环境等因素调节,转录因子的活性也受许多因素的影响。因此通过转录组学分析初步筛选出与P5CS2基因相互作用的转录因子后,尝试阐明叶面施锌通过转录因子调控P5CS2基因促进香稻2-AP形成的分子机制。

香稻香气合成相关基因表达量热图和Pattern hunter分析

  在植物科学领域TOP期刊Frontiers in Plant Science(IF2020=5.754)上发表题目为“The Regulatory Mechanism of 2-Acetyl-1-Pyrroline Biosynthesis in Fragrant Rice (Oryza sativa L.) Under Different Soil Moisture Contents” 的论文,分析了土壤水分对香稻2-AP生物合成调控机理。(论文在线网址:https://doi.org/10.3389/fpls.2021.772728)。

   2-AP是香稻香气的关键成分。然而,有关香稻2-AP生物合成对不同土壤水分含量的响应及其机理尚未有报道。该研究发现,随着土壤水分含量从50%降低到20%,香稻植株的2-AP含量大幅度提高。香稻2-AP的生物合成是一个非常复杂的生理过程。通过荧光实时定量手段分析了香稻体内与2-AP有关的9个基因的表达量,结果表明:9个基因中只有DAO1的表达量随着土壤水分含量的下降而上升,并且与50%的土壤水分含量相比,土壤水分含量在20%时,DAO1的表达量上调了548.05%;同时,由DAO1编码的二胺氧化酶活性也随着土壤水分含量的下降而上升;二胺氧化酶是催化腐胺转化为γ-氨基丁醛的关键酶,而γ-氨基丁醛是香稻体内2-AP合成的前体之一。因此可以确定,干旱条件主要通过调控腐胺代谢途径上基因DAO1的表达来促进2-AP的合成。这一研究将为香稻2-AP生物合成的机理提供新的以及更深入的信息和思路。

土壤水分调控香稻2-AP生物合成的潜在机制

  两篇论文通讯作者均为唐湘如教授。其中第1篇论文第一作者为唐湘如教授指导的2019届博士毕业生包格根。论文得到国家自然科学基金(31971843, 31770652和32071737)、广东省自然科学基金(8151064201000017)、广东省农业科研项目(2011AO20202001)、广东省现代农业产业技术体系(2017LM1098)、世界银行贷款广东农业污染治理项目(0724-1510A08N3684)和广州市特色作物种质资源研究与利用重点实验室项目(编号:202002010010)的资助。第2篇论文第一作者为唐湘如教授指导的2020级博士生罗昊文,论文得到国家自然基金(31971843)、广东省现代农业产业技术体系(2020KJ105)、广州市科技计划项目(202103000075)的资助。(文图/农学院 何隆鑫)

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