中国农业科学院闫宁课题组在中国菰类黄酮合成调控基因利用上取得新进展
- 2026-06-28 17:45:29
中国农业科学院闫宁课题组在中国菰类黄酮合成调控基因利用上取得新进展
近日，中国农业科学院烟草研究所（中国农业科学院青岛特种作物研究中心）农业农村部合成生物学重点实验室闫宁研究员课题组联合中国农科院华东中心等单位，在前期研究基础上，进一步探索了中国菰类黄酮合成调控基因ZlRc与ZlMYB1胚乳特异性表达对水稻种子类黄酮含量及生物活性的影响，在FoodChemistry发表了题为“Endosperm-specific expression of Zizania latifolia ZlRc and ZlMYB1 enriches flavonoids in rice endosperm”的研究论文，相关研究成果为功能性谷物的培育提供了理论基础和技术依据。 
水稻是全球半数以上人口的主粮，其中精米因口感软糯、外观洁白而深受消费者青睐。然而，稻米在加工为精米的过程中，果皮、种皮和糊粉层中的多种功能活性成分大量流失，导致精米营养组成趋于单一。为突破这一营养品质瓶颈，闫宁研究员课题组长期致力于挖掘中国菰中的优异基因资源，并应用于水稻营养品质的遗传改良。 该研究将中国菰来源的ZlRc与ZlMYB1基因通过胚乳特异性启动子共转入水稻中，并与野生型（WT）进行比较。结果显示，与WT水稻种子相比，ZlRc与ZlMYB1胚乳特异性表达水稻（Rc-MYB1）种皮颜色上未出现肉眼可见的变化，但其总酚、总黄酮、总原花青素含量和抗氧化活性均显著增强，说明Rc-MYB1水稻种子具有更高的酚类化合物含量和抗氧化活性。 生物活性评价发现，与WT水稻种子相比，Rc-MYB1水稻种子对α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、胰脂肪酶和酪氨酸酶的抑制作用均显著提升。这一结果提示，Rc-MYB1水稻种子在辅助调控血糖、血脂及抗氧化护肤等方面具有潜在的健康应用价值。 
ZlRc与ZlMYB1胚乳特异性表达（Rc-MYB1）与野生型（WT）水稻种子切片的荧光标记 通过类黄酮荧光标记试验发现，在Rc-MYB1水稻种子的胚乳中检测到强荧光信号，表明胚乳中确实积累了较高水平的类黄酮。这一结果直接证实了胚乳特异性表达策略的有效性。 代谢组学分析发现，Rc-MYB1水稻种子中有15种类黄酮代谢物显著上调，KEGG通路富集分析显示，差异代谢物显著富集于“黄酮与黄酮醇生物合成”通路。转录组测序进一步表明，Rc-MYB1水稻中有732个基因上调表达，富集分析显示差异表达基因显著富集于“苯丙烷类生物合成”通路。上述多组学结果相互印证，初步揭示了类黄酮积累的分子调控网络。 该研究首次系统评估了ZlRc与ZlMYB1胚乳特异性表达对水稻类黄酮生物强化的综合影响。种子中类黄酮含量、抗氧化能力和多靶点酶抑制作用均显著增强，展示了基因聚合和胚乳特异性表达策略在功能性谷物开发中的潜力。 中国农业科学院烟草研究所闫宁研究员课题组近年来完成首个中国菰染色体水平基因组组装（Yan et al., 2022），并通过共线性分析和转录组测序鉴定到中国菰落粒性相关基因（点击查看：Commun. Biol. | 中国农科院多单位联合发布首个中国菰染色体水平基因组，并鉴定落粒性相关基因）。通过多组学联合分析和转基因功能验证鉴定到了中国菰中的类黄酮合成关键基因（Yu et al., 2022）。其中，ZlRc基因过表达可提高水稻种子类黄酮含量和促进类黄酮关键合成基因的表达（Qi et al., 2023），ZlMYB1、ZlMYB2基因过表达可提高水稻种子花青素含量和促进花青素合成关键基因的表达（Li et al., 2024），ZlRc和ZlRd基因聚合过表达在不影响水稻农艺性状的前提下显著提高了水稻种子类黄酮含量（Ma et al., 2025）（点击查看：中国农业科学院闫宁课题组揭示基因聚合在平衡水稻生长和类黄酮生物强化中的利用价值）。以上系列研究为培育富含类黄酮的功能性水稻新品种提供了重要的基因资源和技术储备，对保障国家粮食安全和改善居民营养健康具有深远意义。 中国农业科学院烟草研究所硕士研究生马晴为该论文第一作者，闫宁研究员和张忠锋研究员为共同通讯作者。该研究得到中国农业科学院青年创新专项和山东省自然科学基金等项目的资助。 参考文献： 1. Li, W., Li, Y., Zhang, B., Ma, Q., Hu, H., Ding, A., et al. (2024). Overexpression of ZlMYB1 and ZlMYB2 increases flavonoid contents and antioxidant capacity and enhances the inhibition of α-glucosidase and tyrosinase activity in rice seeds. Food Chemistry, 460, 140670. doi: 10.1016/j.foodchem.2024.140670 2. Ma, Q., Li, W., Wang, L., Zhang, H., Zhang, Z., & Yan, N. (2025). Co-overexpression of ZlRc and ZlRd increases flavonoid content, antioxidant activity, and inhibitory effects on against α-glucosidase, α-amylase, pancreatic lipase, and tyrosinase without affecting rice agronomic traits or yield. Plant Physiology and Biochemistry, 227, 110137. doi:10.1016/j.plaphy.2025.110137 3. Qi, Q., Li, W., Yu, X., Zhang, B., Shang, L., Xie, Y., et al. (2023). Genome-wide analysis, metabolomics, and transcriptomics reveal the molecular basis of ZlRc overexpression in promoting phenolic compound accumulation in rice seeds. Food Frontiers, 4(2), 849-866. doi: 10.1002/fft2.234 4. Yan, N., Yang, T., Yu, X. T., Shang, L. G., Guo, D. P., Zhang, Y., et al. (2022). Chromosome-level genome assembly of Zizania latifolia provides insights into its seed shattering and phytocassane biosynthesis. Communications Biology, 5, 36. doi: 3610.1038/s42003-021-02993-3 5. Yu, X. T., Qi, Q. Q., Li, Y. L., Li, N. A., Xie, Y. N., Ding, A. M., et al. (2022). Metabolomics and proteomics reveal the molecular basis of colour formation in the pericarp of Chinese wild rice (Zizania latifolia). Food Research International, 162, 112082. doi: 11208210.1016/j.foodres.2022.112082 原文链接： https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.150228 
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