紫外輻射UV-B既是植物自然選擇的主要力量，也是作物減產(chǎn)的重要原因。探究植物如何適應(yīng)陸地多變環(huán)境，適應(yīng)UV-B脅迫的分子機(jī)制是提高植物抗逆性、提升作物產(chǎn)量的重要課題。近日，植物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Plant Communications（《植物通訊》）在線發(fā)表了來自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院“蕎麥代謝調(diào)控與逆境生物學(xué)”團(tuán)隊(duì)題為Integrated network analyses identify MYB4R1 neofunctionalization in the UV-B adaptation of tartary buckwheat的研究論文。研究人員應(yīng)用計(jì)算生物學(xué)方法整合了不同物種近萬個(gè)樣本的多組學(xué)數(shù)據(jù)，剖析了UV-B響應(yīng)的協(xié)同功能網(wǎng)絡(luò)；并通過一系列分子生物學(xué)試驗(yàn)，揭示了MYB4R1新功能化在苦蕎UV-B適應(yīng)性進(jìn)化中的關(guān)鍵作用。
苦蕎起源于喜馬拉雅地區(qū)，長(zhǎng)期受到強(qiáng)烈的UV-B輻射，是研究植物新型UV-B響應(yīng)機(jī)制的理想物種。該研究通過對(duì)協(xié)同功能網(wǎng)絡(luò)的剖析，發(fā)現(xiàn)類黃酮生物合成與UV-B反應(yīng)顯著相關(guān)；結(jié)合選擇壓力與遺傳算法分析發(fā)現(xiàn)，居于協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中心的MYB4R1基因在苦蕎進(jìn)化過程中受到了正選擇，其經(jīng)歷了新功能化。UV-B處理后，苦蕎果實(shí)顏色顯著改變，類黃酮物質(zhì)含量顯著增加，果實(shí)特異性FtMYB4R1基因表達(dá)下調(diào)，推測(cè)其在長(zhǎng)期自然馴化中通過調(diào)節(jié)類黃酮合成，以抵御UV-B從而保護(hù)苦蕎果實(shí)。體內(nèi)外試驗(yàn)證實(shí)了FtMYB4R1通過與FtCHS、FtFLS和FtUFGT啟動(dòng)子中L-box結(jié)合，負(fù)調(diào)控類黃酮和花青素的積累。
此外，研究人員基于暴露于全國不同UV-B輻射區(qū)域的苦蕎自然群體，利用人工智能技術(shù)建立了蕎麥類黃酮含量的視覺識(shí)別模型，幫助從業(yè)人員僅憑雙眼就能快速識(shí)別高蘆丁含量的苦蕎品種。
該研究強(qiáng)調(diào)了基因新功能化在UV-B適應(yīng)中的關(guān)鍵作用，為豐富生物適應(yīng)性進(jìn)化理論及極端環(huán)境下的分子育種提供基礎(chǔ)。論文第一作者劉默洋，博士畢業(yè)于我校生命科學(xué)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)專業(yè)，現(xiàn)為上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院助理研究員。生命科學(xué)學(xué)院陳惠教授和華北理工大學(xué)王希胤教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFD1200105）和國家自然科學(xué)基金（3210150112）等項(xiàng)目的資助。
Plant Communications（《植物通訊》）由中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心與中國植物生理與植物分子生物學(xué)學(xué)會(huì)共同主辦，為植物學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)國際學(xué)術(shù)期刊Molecular Plant（《分子植物》）的姊妹刊，并入選中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃高起點(diǎn)新刊。今年該刊首獲SCI影響因子為8.625。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2022.100414
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