多组学揭示谷子食用品质差异的分子基础

《BMC Plant Biology》：Multi-omics analysis reveals the molecular basis of edible quality in foxtail millet grains

　　

摘要

背景

谷子（Setaria italica L.）是干旱和半干旱地区种植的一种重要小杂粮作物。然而，决定其食用品质差异的分子机制尚不清楚。本研究对12个谷子品种进行了系统的食用品质评价，并通过整合比较转录组学和靶向代谢组学分析，阐明了高、低品质品种间品质差异的分子基础。

结果

风味、籽粒颜色和适口性是品种品质的关键指标。转录组分析鉴定出667个差异表达基因。上调基因显著富集于苯丙烷生物合成、黄酮类/花青素生物合成和萜类代谢途径，而下调基因则富集于防御反应和植物-病原物互作途径。共鉴定出19个关键基因，包括编码黄烷酮3-双加氧酶（F3H）、二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）和花青素3-O-葡萄糖基转移酶（3GT）的基因。代谢组学分析检测到455个差异代谢物，其中50个差异显著。联合通路分析揭示了一个分子网络，其中高品质品种激活了黄酮类/花青素合成和萜类代谢途径，显著积累了白藜芦新苷、飞燕草素、圣草酚、肉豆蔻醚和(-)-反式-萜二烯。同时，这些品种抑制了防御反应和果胶合成，降低了大戟二烯醇和菊苣吡喃葡萄糖苷等苦味代谢物的含量，并优化了细胞壁结构，这些可能共同促成了食用品质的提升。

结论

本研究从多组学角度系统地阐明了谷子食用品质差异的分子基础，为遗传改良提供了候选基因。