芥菜杏黄花色的遗传解密：BjB03.PAP2启动子(TC)n重复调控花色进化

《Frontiers in Plant Science》：Beyond yellow: discovery and genetic dissection of an apricot petal color in Brassica juncea L

本研究首次在野生芥菜（Brassica juncea）中发现稳定遗传的杏黄花色变异体“Caijie”，通过代谢组与遗传定位揭示其由花青素积累主导，并定位到B03染色体9.76 Mb区间的显性位点APF。候选基因BjB03.PAP2（R2R3-MYB转录因子）启动子存在(TC)n重复长度多态性，短重复增强表达并激活花青素通路结构基因（如DFR、ANS、UFGT）。该发现为芸薹属花色育种提供了新靶点与进化视角。

　　

1 引言

芥菜（Brassica juncea）作为重要的油料和蔬菜作物，其典型黄色花瓣主要由类胡萝卜素色素决定。近年来，通过远缘杂交引入花青素通路基因（如PAP2）已成功培育出红色、粉色等花色变异，但芥菜自身花色遗传资源仍较匮乏。本研究从浙江温州野生芥菜中发现的杏黄花色变异体，为花色调控机制研究提供了新材料。

2 材料与方法

以白花自交系“JG800”（WP）和杏花变异体“Caijie”（CJ）为亲本构建F₂群体，通过表型统计、代谢组学（UPLC-MS/MS）、BSA-seq和RNA-seq分析，结合qPCR验证候选基因表达。BSA-seq使用芥菜参考基因组AU213，通过SNP-index和ED值筛选关联区间。

3 结果

3.1 杏黄花色受单显性基因控制

F₁代均表现为杏花色，F₂群体花色分离符合45:3:15:1比例（χ2=1.97，P=0.58），表明APF位点与类胡萝卜素通路基因（XES）独立遗传。

3.2 花青素积累主导杏花色形成

代谢组显示CJ花瓣中21种花青素在盛花期（S4）显著上调（图2C），且花青素分布限于花瓣与花萼，雄蕊无着色。

3.3 BSA定位锁定B03染色体关键区间

关联分析将APF位点定位于B03染色体18.98–28.74 Mb区间（9.76 Mb），内含1,406个基因，包括花青素正调控因子BjB03.PAP2和负调控因子BjB03.MYBL2（图3A-B）。

3.4 转录组揭示花青素通路激活

RNA-seq显示CJ花瓣中花青素晚期合成基因（LBGs）如DFR、ANS、UFGT均显著上调，且BjB03.PAP2在所有发育阶段持续高表达（图4A-B）。qPCR进一步证实其在杏花和粉色花瓣中表达量最高（图5A）。

3.5 启动子(TC)_n重复多态性驱动表达差异

序列分析发现BjB03.PAP2编码区无变异，但其启动子区域存在(TC)_n重复长度多态性：CJ为(TC)₁₅，而WP和参考基因组长达(TC)₇₆–(TC)₁₆₄（图5E）。短重复可能解除转录抑制，增强BjB03.PAP2表达。

4 讨论

杏花色变异可能代表芥菜花色祖先状态，栽培种中BjB03.PAP2启动子的长重复扩张导致基因沉默。本研究首次将(TC)_n重复变异与芥菜花色进化关联，为花色分子设计育种提供了新靶点。后续需通过转基因和启动子编辑验证BjB03.PAP2功能及其重复序列的顺式调控作用。