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硫代葡萄糖苷（硫苷） 是一类含氮、硫的植物次生代谢产物。油菜菜籽饼粕含有丰富的蛋白质，是一种良好的动物饲料。然而，菜籽饼粕中的硫苷是一种有害成分，高含量的硫苷及其水解产物会对动物产生毒害作用，极大地降低了菜籽饼粕作为动物饲料的价值。因此，发掘硫苷含量调控因子并解析其分子调控通路对改良甘蓝型油菜种子硫苷含量有重要的指导意义。
近日，华中农业大学油菜分子育种团队杨光圣/洪登峰教授课题组在Plant Physiology上发表了题为“Natural variation and artificial selection at the BnaC2.MYB28 locus modulate Brassica napus seed glucosinolate”的研究论文，克隆了一个甘蓝型油菜中调控种子硫苷含量的主效基因BnaC2.MYB28，揭示了BnaC2.MYB28等位基因在近等基因系中差异化调控种子硫苷含量的分子机理。
该团队前期通过图位克隆的方式将一个甘蓝型油菜中调控硫苷含量的主效QTL qGSL-C2 定位到了对应白菜参考基因组49 Kb的物理区间内 （Liu et al., 2019） 。本研究对目标区间内的候选基因进行分析，克隆并验证了BnaC2.MYB28为qGSL-C2的目标基因。进一步研究发现，近等基因系中BnaC2.MYB28等位基因的时空表达模式很接近，且来源于高硫苷亲本 （G120） 和低硫苷亲本 （ZY50） 的BnaC2.MYB28蛋白均可以正常的定位于细胞核内。启动子活性分析发现BnaC2.MYB28G120的启动子活性显著高于BnaC2.MYB28ZY50。遗传互补、基因敲除 （CRISPR-Cas9） 、RNAi和超表达等实验证明BnaC2.MYB28G120和BnaC2.MYB28ZY50均具有正调控种子中硫苷含量的功能。酵母双杂交和分裂荧光素酶实验证明BnaC2.MYB28G120和BnaC2.MYB28ZY50均可以形成同源二聚体并可以与BnaMYC3特异性互作。亲本和BnaC2.MYB28基因超表达株系间转录组分析结果显示，BnaC2.MYB28正调控硫苷合成相关基因的表达。
ChIP-seq和RNA-seq联合分析鉴定到大量重叠基因，其中多个基因富集在硫苷生物合成途径上。Dual-luciferase实验证实BnaC2.MYB28能直接激活硫苷生物合成相关基因的表达，且BnaC2.MYB28G120的激活能力强于BnaC2.MYB28ZY50。深入研究发现，近等基因系间种子硫苷含量的差异主要是由于BnaC2.MYB28等位基因对几个重要的脂肪族硫苷合成基因的差异化调控形成的。此外，研究团队还发现在自然群体中BnaC2.MYB28的遗传变异和种子硫苷含量显著相关，且现代低硫苷材料中的BnaC2.MYB28位点经历了人工选择。
综上所述，该研究克隆了一个调控甘蓝型油菜种子硫苷含量的主效基因BnaC2.MYB28，揭示了BnaC2.MYB28在油菜种子硫苷积累过程中的核心功能和分子调控机制，为甘蓝型油菜低硫苷育种提供了理论依据和基因资源。
华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室洪登峰教授为论文通讯作者，华中农业大学已毕业博士生周显明（现为海南大学热带作物学院讲师）和张海燕（现为海南大学热带作物学院博士后）为论文共同第一作者，刘颖博士、张晓晖博士、王朝阳博士等为论文共同作者。该研究得到现代农业产业技术体系项目、武汉应用基础前沿项目和国家作物遗传改良重点实验室开放基金的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/plphys/kiac463
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