白羽扇豆新型低生物碱含量QTL鉴定及超低生物碱重组体开发

为解决白羽扇豆(Lupinus albus)种子中苦味且有害健康的喹诺里西啶生物碱(QA)含量不稳定问题，研究人员通过批量分离分析(BSA)鉴定出染色体5上1 Mbp区域的新QTL，开发了与pauper等位基因叠加的PACE标记，培育出总生物碱含量仅22.8±10.4 ppm的超低生物碱重组体，为培育稳定低生物碱品种提供新策略。

　　

白羽扇豆作为一种高蛋白谷物豆类，其种子含有高达33-47%的蛋白质和丰富的膳食纤维，是健康饮食的理想选择。然而，种子中积累的喹诺里西啶生物碱(Quinolizidine alkaloids, QA)不仅带来苦味，还可能对人体神经系统造成危害。虽然现代"甜味"品种通过pauper等隐性突变已将QA含量从野生型的127,000 ppm降至200-500 ppm，但环境因素导致的QA含量波动仍威胁着食品安全，亟需开发更稳定的超低生物碱品种。

瑞士有机农业研究所(FiBL, Research Institute of Organic Agriculture)的Andras Patyi团队在《BMC Plant Biology》发表研究，通过将携带pauper突变的栽培种'Frieda'与未知低QA机制的品种'Dieta'杂交，建立F₂和F₃分离群体。研究采用批量分离分析(BSA)结合全基因组测序(15×覆盖度)，开发PCR竞争性等位基因延伸(PACE)标记，并通过气相色谱/质谱(GC/MS)定量分析QA组成。

主要技术方法包括：1) 建立含112株F₂和329株F₃的遗传群体；2) 使用Dragendorff试纸和感官评分进行表型筛选；3) BSA结合NovaSeq X Plus测序鉴定QTL；4) 开发靶向SNP的PACE标记；5) GC/MS和GC/FID定量分析14种QA组分。

Identification of a new QTL associated to reduced quinolizidine alkaloid content

通过F₂群体7:9(甜:苦)的异常分离比，发现除pauper外还存在新的低QA决定因子。BSA在染色体5上5.8-6.7 Mbp区间鉴定出10个候选基因，其中Lalb_Chr05g0222381编码的"推定氨基酰转移酶"与QA生物合成相关。

Marker-trait associations reveal low QA stacked allele recombinants

开发的PACE标记Lalb_Chr05_6643621可将'Dieta'型甜味与苦味个体区分。当该位点与pauper(Lalb_Chr18_12359687)叠加时，F₃重组体QA含量降至22.8±10.4 ppm，仅为亲本'Frieda'(176.2 ppm)的8%。

QA profiles in the F3 population highlights the stacked allele effect

苦味型(BIT)含14种QA，其中羽扇豆碱(lupanine)占64%。叠加重组体(STA)仅保留羽扇豆碱及其酯化衍生物(13α-angeloyloxylupanine和13α-tigloyloxylupanine)，且13α-羟基羽扇豆碱含量极低，表明新QTL可能参与羽扇豆碱羟基化途径。

该研究首次在染色体5上鉴定出独立于pauper的低QA新QTL，开发的PACE标记可实现早期选择。通过基因叠加创制的超低QA材料，其生物碱含量远低于欧盟食品安全局(EFSA)建议的200 ppm阈值，为培育环境稳定性状的白羽扇豆品种奠定基础。值得注意的是，法国品种'Magnus'等天然携带双甜味等位基因，但QA含量未达叠加重组体水平，提示Lalb_Chr05g0222381可能并非唯一因果基因，需进一步精细定位。研究成果对推动白羽扇豆在人类营养中的应用具有重要意义。