华中农大学者报道水稻次生代谢研究新进展

来自华中农业大学生命科学技术学院等处的研究人员发表了题为“Differentially evolved glucosyltransferases determine natural variation of rice flavone accumulation and UV-tolerance”的研究论文，揭示了水稻氧糖基黄酮自然变异的生化基础及其在紫外耐受方面的作用，为作物遗传改良实践提供了新资源。

这一研究成果公布在Nature Communications杂志上，文章的通讯作者为华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室的罗杰教授，第一作者为博士研究生彭梦、Raheel Shahzad、Ambreen Gul和Hizar Subthain。罗杰教授课题组主要从事作物次生代谢及代谢组学研究，近年来在Nat Genet、Nat Commun、PNAS、Plant Cell等国际主流学术期刊发表一系列研究论文。

植物的次生代谢产物对植物适应复杂多变的外界环境至关重要。类黄酮是一类广泛分布在植物界的次生代谢产物，在植物的发育，花色的形成，植物微生物互作以及应对各种生物、非生物胁迫反应发挥重要作用。

在这篇文章中，研究人员首先通过对14种代表性植物中类黄酮的定性及定量分析揭示：单子叶（尤其是鸭跖草类）植物中存在大量的氧糖基黄酮，而拟南芥等大量积累氧糖基黄酮醇。

研究人员对该课题组在水稻自然群体中所检测的黄酮代谢组数据（Nat Genet, 2014；Nat Commun, 2016)进行全基因组关联分析（GWAS），确定了4个控制氧糖基黄酮自然变异的位点。结合体外生化实验及对转基因植株的代谢谱分析，鉴定了包括两个主效基因：黄酮-5-氧糖基转移酶（F5GlcT）和黄酮-7-氧糖基转移酶（F7GlcT）基因在内的12个氧糖基转移酶基因，且上述两个主效基因分别通过改变转录及酶活力水平的等位变异控制不同水稻品种中5-氧糖基黄酮及7-氧糖基黄酮的含量。

另外，F5GlcT和F7GlcT强弱功能等位变异组合的分布与水稻品种在不同紫外强度下的地理分布显著相关，且其超量表达均能显著提高植株紫外耐受，证明F5GlcT和F7GlcT在水稻紫外耐受的自然变异中发挥重要作用。进一步的生化及进化分析表明，F7GlcT广泛存在植物界中，而F5GlcT在鸭跖草科植物中存在较为特异的进化。

这些研究揭示了水稻氧糖基黄酮自然变异的生化基础及其在紫外耐受方面的作用，为作物遗传改良实践提供了新资源。（来源：生物通）

Differentially evolved glucosyltransferases determine natural variation of rice flavone accumulation and UV-tolerance

Abstract Decoration of phytochemicals contributes to the majority of metabolic diversity in nature, whereas how this process alters the biological functions of their precursor molecules remains to be investigated. Flavones, an important yet overlooked subclass of flavonoids, are most commonly conjugated with sugar moieties by UDP-dependent glycosyltransferases (UGTs). Here, we report that the natural variation of rice flavones is mainly determined by OsUGT706D1 (flavone 7-O-glucosyltransferase) and OsUGT707A2 (flavone 5-O-glucosyltransferase). UV-B exposure and transgenic evaluation demonstrate that their allelic variation contributes to UV-B tolerance in nature. Biochemical characterization of over 40 flavonoid UGTs reveals their differential evolution in angiosperms. These combined data provide biochemical insight and genetic regulation into flavone biosynthesis and additionally suggest that adoption of the positive alleles of these genes into breeding programs will likely represent a potential strategy aimed at producing stress-tolerant plants.

原文链接：http://www.nature.com/articles/s41467-017-02168-x.pdf