引言

类胡萝卜素是一种广泛分布于不同植物中的重要次生代谢物质。类胡萝卜素的积累能提高蔬菜、水果和花卉的感官和营养品质，同时也有利于人类健康[1]。新黄质存在于光收集复合物中，是脱落酸和叶黄素的前体，也是类胡萝卜素生物合成的最后一个产物。芥蓝是甘蓝类的一种中国特产蔬菜，因其口感脆嫩、营养丰富而深受消费者的喜爱，芥蓝富含生物活性物质，如芥子油苷和类胡萝卜素等，新黄质是芥蓝中最重要的类胡萝卜素组分之一。新黄质合成酶 (Neoxanthin Synthase, NXS) 催化紫黄质转化为新黄质，在植物中，这种转化的可能途径之一是：紫黄质→新黄质→脱落酸[2]。

近期，Genes 期刊上发表了题为“Characterization of the Role of the Neoxanthin Synthase Gene BoaNXS in Carotenoid Biosynthesis in Chinese Kale”的研究论文，解析BoaNXS在芥蓝类胡萝卜素生物合成中的作用，为芸薹属蔬菜作物增进营养和改善色泽提供重要的参考依据[3]。

研究内容

该研究通过农杆菌介导的瞬时过表达方法获得了BoaNXS过表达植株 (图1)，过表达植株的BoaNXS基因表达量是对照植株的2.10~4.24倍 (图1d)。为了确定BoaNXS是否通过调控其他类胡萝卜素生物合成基因的转录来影响类胡萝卜素的积累，本文使用qPCR技术分析了其在叶片组织中的表达情况 (图2)。大部分类胡萝卜素生物合成基因的平均表达量均有升高。除BoaNXS外，芥蓝中类胡萝卜素生物合成基因中ZDS的平均表达水平最高，是对照的2.57倍。这些结果表明，BoaNXS表达的上调促进了芥蓝的整个类胡萝卜素生物合成途径，可作为丰富芥蓝及其他芸薹属蔬菜类胡萝卜素积累和颜色的候选基因。

图1. 野生型 (WT)、空载 (EV) 和过表达植株 (OE) 的表型和BoaNXS基因表达情况。

图2. 野生型 (WT)、空载 (EV) 和过表达植株 (OE) 中类胡萝卜素生物合成基因表达的热图。

芥蓝中的类胡萝卜素组分主要包括新黄质、紫黄质、叶黄素和β-胡萝卜素等，其中新黄质在芥蓝中发挥色素功能，对人类健康也有促进功效。通过基因工程技术创制NXS高表达的芥蓝，能够合成更多的新黄质，有效改善芥蓝的色泽。此外，通过基因编辑等技术创制出新黄质生物强化的功能型芥蓝种质新资源，不仅能够深化芥蓝中类胡萝卜素代谢调控的研究，还能进一步提升中国特产蔬菜芥蓝的营养品质。

参考文献：

1. Yuan, H.; Zhang, J.; Nageswaran, D.; Li, L. Carotenoid metabolism and regulation in horticultural crops. Hortic. Res. 2015, 2, 15036.

2. North, H.M.; De Almeida, A.; Boutin, J.-P.; Frey, A.; To, A.; Botran, L.; Sotta, B.; Marion-Poll, A. The Arabidopsis ABA-deficient mutant aba4 demonstrates that the major route for stress-induced ABA accumulation is via neoxanthin isomers. Plant J. 2007, 50, 810–824.

3. Jian, Y.; Zhang, C.; Wang, Y.; Li, Z.; Chen, J.; Zhou, W.; Huang, W.; Jiang, M.; Zheng, H.; Li, M.; et al. Characterization of the Role of the Neoxanthin Synthase Gene BoaNXS in Carotenoid Biosynthesis in Chinese Kale. Genes 2021, 12, 1122.

原文出自Genes 期刊：https://www.mdpi.com/1201148

Jian, Y.; Zhang, C.; Wang, Y.; Li, Z.; Chen, J.; Zhou, W.; Huang, W.; Jiang, M.; Zheng, H.; Li, M.; Miao, H.; Zhang, F.; Li, H.; Wang, Q.; Sun, B. Characterization of the Role of the Neoxanthin Synthase Gene BoaNXS in Carotenoid Biosynthesis in Chinese Kale. Genes 2021, 12, 1122.

撰稿人：汪俏梅

专栏简介 

“植物次生代谢与功能”专栏由Horticulturae 期刊编委汪俏梅教授 (浙江大学) 主持，专注于植物次生代谢与功能领域的前沿进展。

专栏编辑

汪俏梅 教授

浙江大学农业与生物技术学院

浙江大学农业与生物技术学院教授、博士生导师。主要从事蔬菜品质与抗性生理研究。其团队一直致力于蔬菜中重要次生代谢物质的生物合成与代谢调控网络解析，在此基础上发展适合我国特色的蔬菜全产业链品质调控技术，以及品质与抗性的协同调控。