2014年
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榨菜为啥是这个味?浙大科学家绘制榨菜基因图谱

2020-01-16 05:01:08

  菜用芥菜的不同品类。(张明方课题组供图)

  榨菜基因组图谱。(张明方课题组供图)

  浙江大学科学家为榨菜绘制了第一张全基因图谱,在此基础上发现多倍体植物的一种新遗传学机制,不仅揭示这一中国人钟爱的腌菜原料独特风味的来源,还为分子育种的发展提供了全新启示。成果论文已经在线发表于最新一期著名期刊《自然·遗传》。

  榨菜是中国的土产。清朝末年,人们把菜用芥菜的一个变种——茎瘤芥反复腌、榨,得到风味浓郁的腌菜,“榨菜”也由此成为茎瘤芥的习称。榨菜的近亲还有雪里蕻、大头菜等,均属于菜用芥菜,也都被用来加工成各种腌菜。浙大农业与生物技术学院张明方教授团队采用多种先进的基因测序技术,绘制了世界上第一张榨菜的全基因图谱。

  芥菜是典型的物种“通婚”的产物,来自其祖先——白菜和黑芥的自然杂交。论文第一作者、浙大农学院杨景华副教授介绍,通过这张基因组图谱和家系图谱,科学家更加明确地认识了芥菜的可能起源。“我们发现,芥菜物种约在4万到5.5万年前形成。在十字花科芸薹属的基因组谱系中,芥菜和白菜型油菜有更近的亲缘关系。”杨景华说,芥菜随后演化成菜用和油用两个类群,菜用芥菜主要分布在中国和东南亚,油用芥菜则主要分布在印度等南亚国家和地区。

  人们一般将中国的榨菜和德国酸甜甘蓝、西欧酸黄瓜并称为世界三大名腌菜。目前,中国榨菜种植面积达数200万亩,我省种植面积近50万亩。榨菜不仅在腌制后风味浓郁,特别“下饭”,新鲜的茎瘤芥也有其独特的香味,清炒后也是一道佳肴。浙大科学家在绘制出全基因图谱的基础上,进一步研究发现,榨菜里的一组基因序列的表达情况决定了榨菜是否具有浓郁的香味,这组基因序列与硫代葡萄糖代谢有关。

  张明方指出,对于榨菜而言,香味只是这组基因序列的“副产品”,其主要特性是为榨菜带来更强的抗虫、抗病性——这被科学家视为“多倍体植物中同源基因具有显著表达差异”,也就是对植物能否更好适应环境起着举足轻重的作用。“我们发现,这类具有显著表达差异的基因表现出更快的进化速率,并且在芥菜的分化中扮演重要角色。”张明方说。

  榨菜和许多植物一样,属于“多倍体”,这是指在其细胞中存在2套或2套以上染色体。这种情况,绝大多数是由杂交导致的。多倍化是植物演化、产生新物种的重要方式,小麦、棉花、油菜、花生等都是多倍体。张明方介绍,此前的研究一直未能揭示多倍体植物中同源基因表达与选择的机制,而对榨菜的研究首次表明,那些具有显著表达差异的基因在演化中发挥更重要的作用,更容易被选择和表达。除了硫代葡萄糖代谢相关基因组序列外,张明方团队还发现了一组与油脂代谢有关的基因组序列,这些基因组与菜用芥菜和油用芥菜的分化关系密切。

  张明方说,对多倍体植物中同源基因表达与选择机制的研究,可帮助科学家选择作物改良的目标基因,对推动分子育种技术发展意义重大。“我们将进一步寻找植物性状与基因序列之间对应关系,将来,我们就可以在实验室里精准地进行分子设计育种,加速新品种选育的进程。”杨景华说,例如,田间的芥菜有的抗病能力强,有的则很容易遭到病害,课题组会试图找到决定抗病能力的基因,通过分子育种的方式对作物进行改良。课题组还试图通过找到控制榨菜膨大部位的基因,来‘设计\\’膨大部位所在的高度,以便于机械化采收。

  据介绍,该研究与北京百迈客生物科技有限公司、中国农科院、美国内布拉斯加大学、澳大利亚西澳大学等国内外科研单位广泛合作,并得到浙江省科技计划公益技术研究农业项目等支持。

编辑: 郭静


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