Mol Hortic | DAP-seq助力揭示軟棗獼猴桃果實(shí)變色機(jī)制

軟棗獼猴桃近年來(lái)備受青睞，它果實(shí)小巧，皮薄多汁，富含花青素，口感清甜，深受消費(fèi)者喜愛(ài)。目前，雖然已有部分獼猴桃種質(zhì)基因組相關(guān)研究，但對(duì)于軟棗獼猴桃，尤其是紅色果肉品種的基因組解析仍存在空白！

2025年4月，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹(shù)研究所齊秀娟團(tuán)隊(duì)在Molecular Horticulture（IF=10.6）期刊發(fā)表了題為 “Chromosome-level genome assembly assisting for dissecting mechanism of anthocyanin regulation in kiwifruit (Actinidia arguta)”的研究論文，該研究組裝了全紅型四倍體軟棗獼猴桃基因組，利用DAP-seq技術(shù)揭示了AaBEE1-AaLDOX色澤調(diào)控模塊，為揭開(kāi)軟棗獼猴桃果實(shí)紅色形成的奧秘、改良獼猴桃色澤品質(zhì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

技術(shù)路線(xiàn)

研究結(jié)果

研究團(tuán)隊(duì)借助PacBio HiFi和Hi-C技術(shù)，成功組裝出‘天源紅’軟棗獼猴桃的染色體水平基因組。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，軟棗獼猴桃基因家族的擴(kuò)張和收縮與其特 異性狀密切關(guān)。

圖1. 基因組組裝和比較基因組分析。

隨后對(duì)不同顏色的軟棗獼猴桃品種進(jìn)行RNA-seq分析，并結(jié)合亞細(xì)胞定位結(jié)果，篩選出花青素調(diào)控相關(guān)的候選轉(zhuǎn)錄因子AaBEE1。經(jīng)紅色軟棗獼猴桃果實(shí)中瞬時(shí)過(guò)表達(dá)，以及在擬南芥、番茄和煙草中穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，AaBEE1能夠抑制花青素的生物合成和積累。

圖2. 比較轉(zhuǎn)錄組分析挖掘候選基因AaBEE1。

圖3. AaBEE1功能驗(yàn)證。

進(jìn)一步通過(guò)DAP-seq分析，發(fā)現(xiàn)AaBEE1在全基因組范圍內(nèi)存在457個(gè)結(jié)合峰，這些峰分布在29條染色體上，多數(shù)位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（TSS）上游2kb的啟動(dòng)子區(qū)域。GO富集分析表明，結(jié)合峰相關(guān)的靶基因在黃酮類(lèi)生物合成過(guò)程顯著富集，其中LDOX基因與果實(shí)顏色緊密相關(guān)，且AaLDOX啟動(dòng)子區(qū)域存在G-box（CACGTG），表明AaLDOX 可能是AaBEE1的直接靶基因。后續(xù)通過(guò)Y1H、EMSA、ChIP-qPCR和LUC等實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AaBEE1通過(guò)結(jié)合AaLDOX啟動(dòng)子的G-box區(qū)域，抑制AaLDOX基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控花青素的合成。

圖4. DAP-seq分析鑒定AaBEE1的潛在靶基因。

圖5. AaBEE1與AaLDOX啟動(dòng)子結(jié)合。

研究發(fā)現(xiàn)，AaLDOX在紅色軟棗獼猴桃種質(zhì)中高表達(dá)，在綠色種質(zhì)中低表達(dá)。對(duì)軟棗獼猴桃果實(shí)進(jìn)行AaLDOX的瞬時(shí)過(guò)表達(dá)和沉默實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明過(guò)表達(dá)AaLDOX可加速紅色色素積累，沉默AaLDOX則抑制積累，進(jìn)一步證實(shí)AaLDOX是花青素生物合成的關(guān)鍵基因。對(duì)AaLDOX啟動(dòng)子進(jìn)行克隆分析和LUC實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)AaLDOX啟動(dòng)子上的29-bp indel變異是決定果實(shí)紅綠顏色差異的關(guān)鍵因素，該變異可影響啟動(dòng)子活性，進(jìn)而調(diào)控AaLDOX的表達(dá)。

圖6. AaLDOX功能驗(yàn)證。

圖7. 29-bp indel變異分析。

綜上所述，本研究成功組裝了全紅軟棗獼猴桃染色體水平參考基因組，揭示了AaBEE1-AaLDOX模塊調(diào)控花青素的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了與顏色表型相關(guān)的29-bp indel變異，并將其開(kāi)發(fā)為顏色育種標(biāo)記。這一研究成果揭示了軟棗獼猴桃花青素調(diào)控機(jī)制，為軟棗獼猴桃果實(shí)顏色育種提供了理論基礎(chǔ)。

圖8. 軟棗獼猴桃花青素生物合成的調(diào)控模型。