编辑推荐：
为解决油菜低硫代葡萄糖苷（GSL）种子选育导致叶片 GSL 含量降低的问题，研究人员开展了油菜叶片和种子 GSL 合成机制的研究。结果发现脂肪族和芳香族 GSL 驱动种子与叶片 GSL 含量正相关，还鉴定出关键基因。这为培育特定 GSL 含量的油菜品种提供依据。
在农业领域，油菜（Brassica napus L.）作为重要的油料作物，其种子和叶片中含有的硫代葡萄糖苷（Glucosinolates，GSL）一直备受关注。早期，油菜种子积累的高含量 GSL 影响了菜籽饼作为动物饲料的使用，限制了油菜产品的经济价值。后来，通过育种手段降低了种子中的 GSL 含量（Glucosinolates content，GC），培育出了高品质的油菜粕。然而，新的问题出现了，在追求低 GC 种子的过程中，叶片中的 GC 也随之减少。这使得油菜植株在生长过程中对病虫害和逆境的抵抗能力下降，同时叶片的营养价值也大打折扣。毕竟，油菜叶片不仅可以作为绿色饲料，在一些地区还被当作蔬菜食用。因此，打破种子和叶片中 GC 的紧密关联，培育出低 GC 种子但高 GC 叶片的油菜品种，成为了亟待解决的问题。
为了攻克这一难题，浙江大学作物科学研究所的研究人员展开了深入研究。他们通过一系列实验，揭示了油菜叶片和种子中 GSL 合成的分子机制，鉴定出了关键基因，这对于培育理想的油菜品种具有重要意义 。该研究成果发表在《Molecular Horticulture》上。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是选择清除分析（Selective-sweep analysis，SSA），通过对不同 GC 含量的油菜种质进行分析，确定选择信号相关的基因区间；二是全基因组关联研究（Genome-wide association study，GWAS），用于识别与种子和叶片 GC 变异相关的候选基因；三是转录组分析，比较高、低 GC 基因型的叶片和种子，找出差异表达基因（Differentially expressed genes，DEGs） 。实验所用的材料为 235 份油菜种质，这些材料为研究提供了丰富的遗传资源。
研究结果如下：
- 叶片和种子中 GSL 谱的差异与重叠：利用高效液相色谱 - 二极管阵列和紫外检测（HPLC–DAD/UV）技术对 235 份油菜种质的种子和叶片中的 GC 进行定量分析。共鉴定出 9 种 GSL，其中脂肪族 GSL 中的 PRO 仅在叶片中检测到，吲哚族 GSL 中的 OHGBS 仅在种子中存在，其余 7 种在两种组织中均有。并且，脂肪族和吲哚族 GSL 在叶片和种子中的比例差异显著。
- GSL 相关性分析：研究发现种子和叶片的总 GC 含量呈显著正相关。进一步分析表明，脂肪族和芳香族 GSL 而非吲哚族 GSL，是导致这种正相关的主要原因。在高种子 GC 的材料中，叶片的脂肪族和芳香族 GSL 含量相对较高，而吲哚族 GSL 含量无显著差异。
- 选择清除分析结果：通过选择清除分析，在种子低 GC 选择中，鉴定出 29,508 个单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphisms，SNPs），涉及 625 个候选基因；在叶片相关分析中，发现 11,522 个 SNPs，涉及 193 个基因。在种子和叶片中都检测到 BnaC09.MYB28 基因受选择影响，表明该基因在 GSL 合成中具有重要作用。
- GWAS 确定候选基因：GWAS 研究分别在叶片和种子中鉴定出 303 个和 1,015 个与 GSL 变异相关的基因。其中，有 56 个基因与种子和叶片中的脂肪族 GC 变异均相关，但吲哚族和芳香族 GC 变异相关基因在两种组织中无重叠。
- 转录组分析揭示 DEGs：对高、低 GC 的叶片和种子进行转录组分析，发现叶片中有 7,694 个 DEGs，种子中有 4,154 个 DEGs。GO 富集分析表明，这些 DEGs 主要参与细胞对硫饥饿的响应、GSL 生物合成调控等过程。并且，在叶片和种子中分别有 99 个和 55 个与 GSL 合成相关的 DEGs 具有拟南芥同源基因。
- BnaC09.MYB28 的关键作用：综合 GWAS 和 DEG 分析结果，发现 BnaC09.MYB28 在叶片 GSL 合成中起关键作用，在种子中则有多个 BnMYB28 同源基因参与调控。不同 BnMYB28 基因的 SNP 在高、低 GC 种质间存在显著差异。
研究结论和讨论部分指出，降低油菜籽饼中的 GSL 含量虽提高了其饲料价值，但同时降低了叶片的 GSL 含量，影响植株抗逆性和叶片营养价值。本研究揭示了叶片和种子中 GSL 合成的分子机制，发现脂肪族和芳香族 GSL 是种子和叶片 GC 正相关的主要驱动因素，且不同组织中 GSL 合成涉及的基因既有共享也有差异。BnMYB28 基因家族在调控种子和叶片 GC 中起重要作用，其中 BnaA02.MYB28 和 BnaC02.MYB28 有望用于降低种子 GC 的同时不影响叶片 GC。此外，研究还发现了其他可能参与 GSL 合成调控的转录因子。这些研究结果为培育低种子 GC 但高叶片 GC 的油菜品种提供了理论基础和基因靶点，对油菜育种具有重要的指导意义，有助于提高油菜的综合利用价值和农业生产效益。
