本期我們分享的這篇文章瞄準(zhǔn)的是獼猴桃為什么能囤這么多維C這個(gè)有趣的問題。毛花獼猴桃Actinidia eriantha是公認(rèn)的維C之王中的極端代表果實(shí)L-抗壞血酸L-AsA即維生素C含量非常高。L-AsA是人類健康所必需的營養(yǎng)素主要靠吃水果蔬菜來補(bǔ)充所以搞清楚獼猴桃的維C積累機(jī)制既有理論價(jià)值也有實(shí)打?qū)嵉挠N意義。2026年江西農(nóng)業(yè)大學(xué)獼猴桃研究所徐小彪教授團(tuán)隊(duì)在園藝領(lǐng)域頂刊Horticulture Research發(fā)表了題為The transcription factor AebHLH89 activates AeGMP1 transcription to regulate L-ascorbic acid accumulation in kiwifruit (Actinidia eriantha) revealed by GWAS的研究論文。該研究對216份毛花獼猴桃自然群體進(jìn)行全基因組重測序和GWAS分析鑒定出AebHLH89、AePPR、AePP2Ab、AePHL1四個(gè)L-AsA正調(diào)控候選基因并證實(shí)轉(zhuǎn)錄因子AebHLH89通過結(jié)合AeGMP1啟動子激活其轉(zhuǎn)錄驅(qū)動L-AsA合成通路促進(jìn)維C在果實(shí)中大量積累愛基百客為該研究提供重測序的技術(shù)支持。一、研究思路一句話概括思路自然群體表型測定 → 全基因組重測序 → GWAS關(guān)聯(lián) → 候選基因功能驗(yàn)證 → 轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制解析。二、研究結(jié)果1.216份毛花獼猴桃的群體結(jié)構(gòu)特征研究首先對216份毛花獼猴桃進(jìn)行全基因組重測序測序質(zhì)量極佳比對到贛綠1號參考基因組的比對率達(dá)96.37%。共鑒定出179萬個(gè)SNP和740萬個(gè)InDel染色體分布均勻標(biāo)記密度足夠做關(guān)聯(lián)分析。群體結(jié)構(gòu)分析顯示K2是最優(yōu)分組216份材料分為161份和55份兩個(gè)亞群系統(tǒng)發(fā)育樹、PCA和LD衰減分析都一致支持這個(gè)劃分。這些不同分析方法之間的高度一致性有力地證實(shí)了該群體中存在兩個(gè)遺傳上截然不同的亞群且兩者之間雖基因流有限但可檢測到。216份材料的L-AsA含量檢測結(jié)果表明該測試群體存在顯著的變異和豐富的遺傳多樣性符合正態(tài)分布適合進(jìn)行GWAS分析。圖1群體結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)發(fā)育樹、PCA和LD衰減。2.GWAS鎖定四個(gè)L-AsA調(diào)控候選基因研究者比較了四種關(guān)聯(lián)模型最終選定MLM-QK模型同時(shí)納入群體結(jié)構(gòu)和親緣關(guān)系矩陣作為協(xié)變量能有效控制假陽性。MLM-QK模型基于SNP鑒定出7個(gè)顯著關(guān)聯(lián)位點(diǎn)對應(yīng)候選區(qū)間內(nèi)的28個(gè)蛋白編碼基因基于InDel鑒定出76個(gè)顯著關(guān)聯(lián)位點(diǎn)對應(yīng)193個(gè)蛋白編碼基因。有意思的是第17號和第23號染色體上的關(guān)聯(lián)區(qū)間有12個(gè)共同候選基因重疊。經(jīng)過公共數(shù)據(jù)庫比對和文獻(xiàn)篩選最終鎖定四個(gè)與L-AsA高度關(guān)聯(lián)的候選基因AebHLH89、AePPR、AePP2Ab、AePHL1。圖2基于SNP和InDel的GWAS Manhattan圖和Q-Q圖。3. 候選基因表達(dá)模式與L-AsA動態(tài)高度協(xié)同光有關(guān)聯(lián)還不夠研究還對候選基因的表達(dá)模式進(jìn)行了分析。研究者用“贛獼6號”果實(shí)發(fā)育過程做RT-qPCR發(fā)現(xiàn)四個(gè)候選基因都在開花后15天15 DAF表達(dá)達(dá)峰之后從發(fā)育后期到生理成熟期維持穩(wěn)定水平——這個(gè)趨勢和L-AsA含量的時(shí)間變化高度同步且呈顯著正相關(guān)其中AebHLH89的表達(dá)模式與L-AsA曲線的吻合度最高。4. 四個(gè)候選基因都是L-AsA的正調(diào)控因子研究在金艷和贛綠1號獼猴桃果實(shí)中分別做瞬時(shí)過表達(dá)和VIGS沉默。在金艷中AebHLH89、AePPR、AePP2Ab、AePHL1的相對表達(dá)量分別飆升30.64倍、4.95倍、7.52倍、19.97倍對應(yīng)的L-AsA含量分別上漲138.60%、62.60%、46.73%、59.52%。贛綠1號中趨勢一致表達(dá)量和L-AsA同樣顯著上升。VIGS沉默的效果是相反的金艷中四個(gè)基因的表達(dá)分別下降了90.87%、20.16%、80.05%、83.57%L-AsA含量相應(yīng)下降34.66%、12.73%、17.94%、38.28%。橫向比較來看瞬時(shí)調(diào)控AebHLH89對L-AsA積累的影響幅度最大——過表達(dá)翻了近31倍、沉默降低90%。圖3四個(gè)候選基因在獼猴桃果實(shí)中的瞬時(shí)過表達(dá)與沉默效應(yīng)。5. AebHLH89穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化持續(xù)推高L-AsA瞬時(shí)實(shí)驗(yàn)證明了功能但要讓結(jié)論站得更穩(wěn)還得穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化。研究者獲得了7個(gè)過表達(dá)AebHLH89的中華獼猴桃株系選了3個(gè)表達(dá)水平不同的株系分析相比空載對照AebHLH89表達(dá)量提升5.03-7.21倍L-AsA含量增加60.00%-89.09%。在Micro Tom番茄中同樣驗(yàn)證了跨物種保守性10個(gè)陽性株系中挑了3個(gè)AebHLH89表達(dá)量提升11.99-15.62倍L-AsA含量增加52.27%-93.18%。從獼猴桃到番茄從瞬時(shí)到穩(wěn)定多角度都指向同一個(gè)結(jié)論AebHLH89是一個(gè)跨物種保守的L-AsA正調(diào)控因子。圖4番茄與獼猴桃的遺傳轉(zhuǎn)化。6. AebHLH89激活L-AsA通路基因并直接結(jié)合AeGMP1啟動子研究者選了L-AsA代謝通路中的12個(gè)基因在瞬時(shí)和穩(wěn)定轉(zhuǎn)化的Micro Tom番茄果實(shí)中檢測表達(dá)響應(yīng)。過表達(dá)AebHLH89后合成通路基因和循環(huán)通路中的AeMDHAR、AeDHAR普遍上調(diào)其中AeGMP1、AeGGP3、AeGPP1、AeMDHAR的響應(yīng)最強(qiáng)烈AeGMP1的表達(dá)提升372.55%-376.79%AeGGP3提升148.91%-338.56%AeGPP1提升64.54%-222.09%AeMDHAR提升77.69%-202.95%。反過來沉默AebHLH89所有檢測的生物合成基因表達(dá)下調(diào)且四個(gè)基因的表達(dá)水平均下降比較明顯。這就把靶標(biāo)范圍進(jìn)一步縮小到了以AeGMP1為首的四個(gè)基因上。然后研究選擇了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。雙熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)Dual-LUC表明AebHLH89與AeGMP1和AeMDHAR啟動子共轉(zhuǎn)時(shí)熒光素酶活性顯著增強(qiáng)其中對AeGMP1啟動子的激活更強(qiáng)1.83倍 vsAeMDHAR的1.41倍而對AeGGP3和AeGPP1啟動子沒有顯著激活。說明AebHLH89對靶標(biāo)啟動子有選擇性偏好。酵母單雜交Y1H結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證AebHLH89與這些啟動子之間的潛在互作。這初步證明AebHLH89能在體內(nèi)結(jié)合AeGMP1啟動子。圖5AebHLH89可激活A(yù)eGMP1啟動子并誘導(dǎo)二者相互作用?？?結(jié)總的來說研究利用重測序和GWAS從216份毛花獼猴桃自然群體中挖出了四個(gè)L-AsA調(diào)控候選基因并通過瞬時(shí)表達(dá)、VIGS沉默和穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化完整證明了AebHLH89是L-AsA積累的正調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子在獼猴桃和番茄中都成立。機(jī)制上AebHLH89偏好結(jié)合AeGMP1啟動子激活其轉(zhuǎn)錄后帶動整條L-AsA合成通路運(yùn)轉(zhuǎn)。這些發(fā)現(xiàn)深化了對L-AsA調(diào)控機(jī)制的理解并為獼猴桃的分子育種提供了基礎(chǔ)。愛基百客深耕科研服務(wù)10年以上擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)可滿足您的重測序、GWAS分析、雙熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)和酵母單雜交等技術(shù)服務(wù)需求。