近日，中国农业科学院作物科学研究所周美亮团队在Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了最新研究成果“UV-B Responsive Flavonoid Synthesis Contributes to Tartary Buckwheat High-Altitude Adaption”

      本研究选取了5种荞麦属植物进行表型评估和代谢物含量测定，种子在九圃组织培养箱中25℃条件下萌发，幼苗每日接受8小时紫外线UV-B处理以诱导胁迫，而对照组则喷施甲醇处理。

      该研究鉴定了黄酮类物质在栽培和野生荞麦响应高海拔UV-B胁迫时的差异合成，揭示了苦荞响应UV-B的黄酮类代谢物合成在苦荞适应高海拔环境过程中的分子机制。

文献引用的九圃产品——九圃组织培养箱TCC800

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相关论文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.70277

       高海拔环境使植物暴露于更高水平的UV-B辐射，促使植物进化出更多样的保护机制以减轻胁迫压力。荞麦独立起源于我国的喜马拉雅山区，野生荞麦分布最高海拔可达4600米以上，具有高抗UV-B和富含黄酮类代谢物，对高原环境适应性强。因此深入解析黄酮类代谢物合成在苦荞高海拔UV-B适应中的调控作用，对作物响应逆境胁迫和选育高抗UV-B作物品种具有重要意义。

      该研究首先检测了不同栽培（苦荞、甜荞）与野生荞麦（硬枝、细柄）中45种次生代谢物含量，发现不同次生代谢物在不同材料间差异较大，其中苦荞中芦丁、槲皮苷、山奈酚和总黄酮积累较高，细柄中花青素和异槲皮素含量较高。在UV-B处理下，栽培型苦荞和野生型细柄幼苗根的伸长受到的抑制最小，相关性分析发现黄酮类代谢物芦丁、槲皮素、山奈酚、异槲皮苷和总黄酮积累量与UV-B处理下幼苗生长呈正相关，表明苦荞和细柄更强的UV-B耐受性与芦丁生物合成途径中代谢物含量的升高紧密相关。同时，在UV-B处理下，对双子叶植物（卷心菜、大豆和绿豆）以及谷类作物（水稻、小麦和大麦）分别喷施异槲皮苷和芦丁，这两种化合物均增强了六种作物对UV-B的耐受性，促进了幼苗的生长，进一步证明了芦丁合成途径的下游代谢产物在增强植物对UV-B的耐受性方面发挥着保守的作用（图1）。

图1 不同材料中黄酮类代谢物含量与UV-B耐受性分析

      为了进一步解析不同荞麦间黄酮类代谢物含量差异的遗传基础，全基因组关联分析分别鉴定到与槲皮素、芦丁关联编码合成酶基因FtFLS4、FtRT1和FtUF3GT1（图2、3），功能验证表明，FtFLS4的G125D氨基酸变异和FtRT1的PGSG-box内的结构变异显著影响荞麦芦丁相关代谢物的合成。同源或异源过表达材料中黄酮类代谢物含量提升且增强了对UV-B胁迫的耐受性。进一步研究表明FtFLS4、FtRT1和FtUF3GT1基因在栽培、野生不同类型荞麦间的活性差异较大，进而影响基因的转录水平最终导致黄酮类化合物合成的差异。该研究挖掘并鉴定了催化黄酮类代谢物合成的关键基因和响应UV-B启动子元件，为设计响应高海拔生态因子的智能调控元件和作物响应逆境胁迫提供理论基础和基因资源。

图2 FtRT1的催化特性

图3 黄酮类代谢物的合成酶FtFLS4和FtUF3GT1调控苦荞UV-B耐受性

      总之，本研究为黄酮类化合物在紫外线B适应中的关键作用提供了有力证据，并确定了鞑靼荞麦中FtFLS4、FtUF3GT1和FtRT1的增强功能，以及它们的启动子对紫外线B的响应性，是其适应高海拔环境的关键因素。这些发现为未来通过靶向代谢工程策略增强植物抗逆性的研究提供了宝贵的理论基础。

作者简介

中国农科院作科所周美亮研究员和张凯旋研究员为论文的共同通讯作者，博士研究生高元芬为该论文的第一作者。四川农业大学陈惠教授等国内外相关合作者也参与了该工作。该研究得到国家自然科学基金的资助。

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