Mol Plant文章DAP-seq技術助力客戶挖掘水稻香氣調控機制

瀏覽次數：303　發布日期：2025-3-17　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

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2024年11月11日，海南大學/崖州灣國家實驗室羅杰教授團隊在《Molecular Plant》（IF=17.1）發表了題為“Volatilome-based GWAS identifies OsWRKY19 and OsNAC021 as key regulators of rice aroma”的研究論文，該研究成功發現了水稻香氣的關鍵調控因子OsWRKY19和OsNAC021，并借助DAP-seq等技術解析了水稻香味的遺傳調控機制。

研究背景
香米因其獨特的香味而受到全球的青睞，這不僅增加了其營養價值，而且提高了其經濟價值。然而，除了2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP）外，香氣的代謝基礎尚不清楚，香氣代謝物積累的遺傳基礎在很大程度上也是未知的。
研究結果
本研究使用固相微萃取-氣相色譜-質譜（SPME-GC-MS）、香味評分和分子對接等方法，對204個水稻核心種質進行揮發組學分析。研究發現2-AP和脂肪酸衍生的揮發性代謝物（FAVs）對稻米香味的貢獻極為顯著。

圖1. 香味物質鑒定

研究顯示，大米香味特征分子機制的研究主要集中在甜菜堿醛脫氫酶2（OsBADH2）上。OsBADH2基因內的許多突變可以將非香米品種轉變為有香味的品種。作者通過基因組與揮發組關聯分析（vGWAS），鑒定到除OsBADH2外，另一個新的顯著位點OsAROMA1（OsWRKY19）。并且，OsWRKY19的3’端下游轉座子區域的自然變異與2-AP含量具有顯著相關性。

圖2. 通過vGWAS分析水稻籽粒2-AP含量的新變異

為了進一步探究OsWRKY19的調控機制，作者進行了DNA親和純化測序（DAP-seq）。兩個重復分別鑒定出42,870和43,190個結合位點，其中有41,768個共享的目標基因重疊。OsWRKY19的結合位點富集在靶基因轉錄起始位點附近，主要分布在遠端基因間區和外顯子區域。Motif分析發現OsWRKY19主要富集的核心序列是“TTGACC/T”，并發現OsWRKY19可以結合在OsBADH2啟動子。雙熒光素酶報告實驗和電泳遷移率變動分析（EMSA）結果顯示，OsWRKY19可直接結合到OsBADH2啟動子并抑制其活性。同時，OsWRKY19-OE株系表現出較好的農藝性能。以上結果表明OsWRKY19負調控OsBADH2增加2-AP含量。

圖3. OsWRKY19正調控2-AP生物合成和農藝性狀

此外，通過vGWAS分析，作者還發現與FAVs（己醛、辛醛、2-辛烯醛和1-庚醇）含量相關的基因位點共定位在OsAROMA2（OsNAC021）上。該基因編碼區的Indel與FAVs含量顯著相關，并且含有高FAVs含量的單倍型在水稻群體中經歷了自然選擇。

圖4. 鑒定與水稻FAV含量相關的共定位位點

通過構建轉基因材料，結合RNA測序（RNA-seq）、KEGG富集分析、酵母單雜交（Y1H），雙熒光素酶報告實驗等方法，發現OsAROMA2（OsNAC021）能夠直接與LOX途徑的OsADH1、OsADH2和OsLOX9基因的啟動子區域結合，并抑制這些基因的活性，從而負調控游離芳香族化合物（FAVs）的積累。