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光明网讯(记者宋雅娟)在我国喜马拉雅山区,生长着一种特殊的作物——苦荞,它不仅能在海拔4600米以上的极端环境中存活,还富含对人体有益的黄酮类代谢物,同时具备高抗中波紫外线的能力。那么,苦荞为何能在如此恶劣的高海拔环境中“安家落户”?近日,中国农业科学院作物科学研究所杂粮作物功能成分挖掘与新品种选育创新团队的研究,揭开了其中的奥秘——黄酮类代谢物正是苦荞适应高海拔环境的关键“功臣”,相关成果已发表在《植物生物技术杂志(PlantBiotechnologyJournal)》上。
高海拔地区往往伴随着强烈的中波紫外线辐射,这对多数作物的生长发育来说是巨大的挑战。而苦荞却能在此处茁壮成长,这一独特的适应能力引发了科研人员的浓厚兴趣。探究黄酮类代谢物在苦荞高海拔适应中的调控作用,不仅能帮助我们深入了解作物如何应对逆境,还能为选育高抗中波紫外线的作物品种提供重要参考,对农业生产具有重要的现实意义。
为了找到苦荞适应高海拔环境的关键机制,研究团队采用全基因组关联分析的方法,就像在苦荞的基因“宝库”中寻宝一样,最终成功鉴定出3个关键基因。这3个基因可不简单,它们分别负责调控苦荞中黄酮类代谢物芦丁、异槲皮苷和山奈酚的合成。随后,科研人员通过实验验证发现,当这3个基因在苦荞体内“过度工作”(过表达)时,苦荞体内黄酮类代谢物的含量会显著增加,同时其耐中波紫外线辐射的能力也得到了明显提升。这就意味着,这3个基因通过促进黄酮类代谢物的合成,为苦荞筑起了一道抵御中波紫外线的“防护墙”。
进一步的研究还发现,这3个关键基因的启动子活性在苦荞的栽培种和野生种之间存在较大差异。启动子就像是基因的“开关”,它的活性强弱直接影响着基因的转录水平——启动子活性高,基因转录就活跃,产生的相关物质就多;反之则少。正是这种启动子活性的差异,导致了栽培种和野生种苦荞中黄酮类代谢物合成量的不同,进而影响了它们对高海拔环境的适应能力。
这项研究成果为科研人员培育更耐逆境(尤其是高抗中波紫外线)的荞麦新品种提供了坚实的理论基础和重要的基因靶点。