花生（Arachis hypogaea L.）是世界上重要的油料與經(jīng)濟(jì)作物，是食用植物油和蛋白質(zhì)的重要來源?；ㄉN皮富含類黃酮、原花色素、白藜蘆醇等多種生理活性成分，具有抗氧化、防止血小板減少、抑菌等多種功效?；ㄉ霞t色種皮富含較高的花青素等營養(yǎng)成分，因此挖掘控制花生紫紅色種皮顏色的功能基因及其分子調(diào)控機(jī)制，對于功能型新品種培育具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
本研究利用ND_F（粉色種皮花生品種）與ND_Z（紫紅色種皮花生品種）構(gòu)建的F2群體后代，進(jìn)一步構(gòu)建了極端性狀混池，進(jìn)行BSA（Bulk Segregant Analysis）分析，將控制種皮顏色的基因定位在03號染色體約3.61 Mb的區(qū)間內(nèi)。之后在區(qū)間內(nèi)開發(fā)出7對多態(tài)性的分子標(biāo)記利用后代群體進(jìn)行精細(xì)定位，最終將區(qū)間縮小至222.2 kb。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組與代謝組的綜合分析，我們成功鑒定出一個(gè)編碼bHLH的轉(zhuǎn)錄因子的基因，該基因在紫色種皮花生的啟動子中存在35 bp的插入，進(jìn)一步表明，這一插入序列屬于短串聯(lián)重復(fù)（Short Tandem Repeat, STR），它顯著增強(qiáng)了該基因在ND_Z品種種皮中的表達(dá)水平。隨后的研究揭示，無論是在高世代的重組自交系（RIL）中，還是在自然群體中，該基因的表達(dá)均與種皮顏色呈現(xiàn)出緊密的關(guān)聯(lián)性。基于這些發(fā)現(xiàn)，我們將該基因確定為候選基因，并命名為PURPLE SEED COAT1 （PSC1） 。
綜合轉(zhuǎn)錄組和代謝組的分析結(jié)果，我們揭示了PSC1、MYB以及WD40在花生種皮中存在共表達(dá)現(xiàn)象。深入研究后，我們發(fā)現(xiàn)PSC1能夠與AhMYB7形成特定的復(fù)合物，這一復(fù)合物能夠選擇性地結(jié)合到花青素還原酶ANR的啟動子上，進(jìn)而抑制其表達(dá)。這一抑制作用促使花色苷的積累增多，從而導(dǎo)致種皮顏色加深。通過對PSC1基因進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化分析，我們發(fā)現(xiàn)，在擬南芥過表達(dá)株系的種子以及花生愈傷組織中，花青素的含量相較于野生型均有顯著提升。綜上所述，本研究采用正向遺傳學(xué)的方法，成功鑒定出一個(gè)與花生紫紅色種皮顏色密切關(guān)聯(lián)的優(yōu)異等位基因PSC1Z，對其分子機(jī)制進(jìn)行了深入解析，并開發(fā)了分子標(biāo)記。這一研究成果不僅為功能型花生新品種的培育提供了寶貴的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院青年教師趙昆昆為該文第一作者，殷冬梅教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金聯(lián)合重點(diǎn)項(xiàng)目、河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)等項(xiàng)目的資助。殷冬梅教授領(lǐng)銜的河南農(nóng)業(yè)大學(xué)花生功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，依托于河南省花生基因組與分子育種工程技術(shù)研究中心，主要從事花生基因組與功能基因挖掘，致力于揭示花生產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病性狀形成的機(jī)制與調(diào)控途徑研究。圍繞花生種業(yè)“卡脖子”等重要科學(xué)問題開展工作，已在Advanced Science、Genome Biology、Plant Biotechnology Journal、New Phytologist等國際著名期刊上發(fā)表了120余篇學(xué)術(shù)性文章，取得多項(xiàng)原創(chuàng)性研究成果。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13847
