红花（Safflower, Carthamus tinctorius）属于菊科，因含有高亚油酸和黄酮受到食品及中医药研究者的广泛关注。作为不饱和脂肪酸，亚油酸具有降血脂、预防动脉粥样硬化等功效，亚油酸在红花籽粒的比率高达总油含量的80%，被誉为“亚油酸之王”；同时，其花的黄酮种类及含量丰富，尤其是羟基红花黄色素A，具有缓解炎症、抗肿瘤、活血化瘀等功效。然而，高质量的参考基因组的缺乏阻碍了红花资源的开发与利用。近日，中南民族大学生命科学学院覃瑞团队联合华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室张建伟课题组在Plant Biotechnology Journal发表“The chromosome-scale reference genome of safflower (Carthamus tinctorius) provides insights into linoleic acid and flavonoid biosynthesis”的研究论文。
本研究结合PacBio，Hi-C及连锁图谱等综合手段绘制了红花参考基因组，并鉴定了分别控制亚油酸和类黄酮合成的限速酶家族20个 FAD2及7个CHS成员。在红花高亚油酸和低亚油酸品系以及多个发育组织之间的比较分析揭示了差异表达的FAD2成员影响亚油酸的差异积累模式；其中，CarFAD2-12对红花种子亚油酸的积累至关重要。低亚油酸品系CarFAD2-12的编码区的单碱基缺失使得翻译提前终止，这一碱基的缺失进而反馈调控了CarFAD2-12的低表达，暗示了转录和蛋白水平上CarFAD2-12对亚油酸的合成都很重要；同时，基因结构、启动子元件和基因共表达网络分析揭示了CarFAD2-12受到ABA信号通路的调控以及且5’ UTR的调控，这些暗示了亚油酸合成基因调控的复杂性。CHSs在花的不同发育阶段的表达对类黄酮种类和丰度起着不同的作用，尤其是CarCHS4的调控对于红花独有的类黄酮——羟基红花黄色素A的合成至关重要。红花FAD2和CHS的遗传改良为进一步提高红花食用和药用价值提高了基础。此外，覃瑞团队与中国农科院油料作物研究所严兴初课题组合作在世界范围内搜集了600多份核心红花种质资源，并在武汉、新疆等地构建多个群体和建立扩繁基地，为影响脂肪酸及黄酮合成基因的定位，加速红花品种改良进一步奠定了群体资源基础。
图1. 红花亚油酸合成途径及其调控. a 红花不饱和脂肪酸合成通路图. b 油酸及亚油酸在种子中的积累模式. c亚油酸通路限速基因在多组织中的表达模式. d CarFAD2-12模块基因在种子中的表达模式. e CarFAD2-12与其它共表达基因的关系.
中南民族大学生命科学学院吴智华，刘虹，湛蔚为论文的共同第一作者，中南民族大学覃瑞及华中农业大学张建伟为论文的共同通讯作者。本研究获得了国家自然科学基金，湖北省科技条件平台建设基金，湖北省重点实验室基金，湖北省技术创新专项重大项目，湖北省自然科学基金，华中农大启动基金等项目的资助。
原文地址：
https://doi.org/10.1111/pbi.13586
