Mol Plant文章DAP-seq技术助力客户挖掘水稻香气调控机制
2025-03-17 来源:本站 点击次数:121捷报频传！继顶刊Cell、两篇Molecular Plant之后，我们的客户再下一城，又一研究成果强势登陆Molecular Plant！本期，小编将带您深入解读这篇最新发表的文章，希望能为您的科研之路带来启发与灵感！
2024年11月11日，海南大学/崖州湾国家实验室罗杰教授团队在《Molecular Plant》（IF=17.1）发表了题为“Volatilome-based GWAS identifies OsWRKY19 and OsNAC021 as key regulators of rice aroma”的研究论文，该研究成功发现了水稻香气的关键调控因子OsWRKY19和OsNAC021，并借助DAP-seq等技术解析了水稻香味的遗传调控机制。
2024年11月11日，海南大学/崖州湾国家实验室罗杰教授团队在《Molecular Plant》（IF=17.1）发表了题为“Volatilome-based GWAS identifies OsWRKY19 and OsNAC021 as key regulators of rice aroma”的研究论文，该研究成功发现了水稻香气的关键调控因子OsWRKY19和OsNAC021，并借助DAP-seq等技术解析了水稻香味的遗传调控机制。
研究背景
香米因其独特的香味而受到全球的青睐，这不仅增加了其营养价值，而且提高了其经济价值。然而，除了2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）外，香气的代谢基础尚不清楚，香气代谢物积累的遗传基础在很大程度上也是未知的。
研究结果
本研究使用固相微萃取-气相色谱-质谱（SPME-GC-MS）、香味评分和分子对接等方法，对204个水稻核心种质进行挥发组学分析。研究发现2-AP和脂肪酸衍生的挥发性代谢物（FAVs）对稻米香味的贡献极为显著。
香米因其独特的香味而受到全球的青睐，这不仅增加了其营养价值，而且提高了其经济价值。然而，除了2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）外，香气的代谢基础尚不清楚，香气代谢物积累的遗传基础在很大程度上也是未知的。
研究结果
本研究使用固相微萃取-气相色谱-质谱（SPME-GC-MS）、香味评分和分子对接等方法，对204个水稻核心种质进行挥发组学分析。研究发现2-AP和脂肪酸衍生的挥发性代谢物（FAVs）对稻米香味的贡献极为显著。
图1. 香味物质鉴定
研究显示，大米香味特征分子机制的研究主要集中在甜菜碱醛脱氢酶2（OsBADH2）上。OsBADH2基因内的许多突变可以将非香米品种转变为有香味的品种。作者通过基因组与挥发组关联分析（vGWAS），鉴定到除OsBADH2外，另一个新的显著位点OsAROMA1（OsWRKY19）。并且，OsWRKY19的3’端下游转座子区域的自然变异与2-AP含量具有显著相关性。
图2. 通过vGWAS分析水稻籽粒2-AP含量的新变异
为了进一步探究OsWRKY19的调控机制，作者进行了DNA亲和纯化测序（DAP-seq）。两个重复分别鉴定出42,870和43,190个结合位点，其中有41,768个共享的目标基因重叠。OsWRKY19的结合位点富集在靶基因转录起始位点附近，主要分布在远端基因间区和外显子区域。Motif分析发现OsWRKY19主要富集的核心序列是“TTGACC/T”，并发现OsWRKY19可以结合在OsBADH2启动子。双荧光素酶报告实验和电泳迁移率变动分析（EMSA）结果显示，OsWRKY19可直接结合到OsBADH2启动子并抑制其活性。同时，OsWRKY19-OE株系表现出较好的农艺性能。以上结果表明OsWRKY19负调控OsBADH2增加2-AP含量。
图3. OsWRKY19正调控2-AP生物合成和农艺性状
此外，通过vGWAS分析，作者还发现与FAVs（己醛、辛醛、2-辛烯醛和1-庚醇）含量相关的基因位点共定位在OsAROMA2（OsNAC021）上。该基因编码区的Indel与FAVs含量显著相关，并且含有高FAVs含量的单倍型在水稻群体中经历了自然选择。
图4. 鉴定与水稻FAV含量相关的共定位位点
通过构建转基因材料，结合RNA测序（RNA-seq）、KEGG富集分析、酵母单杂交（Y1H），双荧光素酶报告实验等方法，发现OsAROMA2（OsNAC021）能够直接与LOX途径的OsADH1、OsADH2和OsLOX9基因的启动子区域结合，并抑制这些基因的活性，从而负调控游离芳香族化合物（FAVs）的积累。
图5. OsNAC021负调控FAV生物合成
图6. OsNAC021负调控LOX通路基因的表达
图6. OsNAC021负调控LOX通路基因的表达
进一步的麻雀自由取食实验表明，与普通水稻籽粒相比，麻雀更倾向于选择高2-AP含量和高FAVs含量的香稻籽粒进行取食。这些结果为香稻品种的遗传改良和香味品质的提升提供了新的研究方向和策略。
相关文章
更多 >