【中科院之聲】豆莢顏色會(huì)影響營(yíng)養(yǎng)價(jià)值嗎？
菜豆（Phaseolus vulgaris L.）是我國(guó)重要的蔬菜種類和食用豆類之一，在我國(guó)種植廣泛、地方品種繁多，資源豐富。同時(shí)具有表型特征差異大、基因組小和繁殖周期短等特點(diǎn)，是研究豆科植物基因功能的重要資源。
菜豆具有高蛋白、中淀粉、低脂肪及營(yíng)養(yǎng)元素豐富等特點(diǎn)，是人類重要的植物蛋白來(lái)源。菜豆品種黃金勾豆莢果實(shí)呈淺黃色，嫩莢肉厚，纖維少，味甘甜等獨(dú)特口感，是我國(guó)東北三省最具特色的菜豆品種之一。
（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
菜豆黃金勾的小豆莢呈綠色，在豆莢長(zhǎng)度約5-6 cm時(shí)即開(kāi)始顏色轉(zhuǎn)變，而后快速褪綠而呈淺黃色豆莢 （圖1）。而在輻射誘變的黃金勾突變體庫(kù)中出現(xiàn)較高比例的綠色豆莢突變體，該突變體的豆莢顏色隨著生長(zhǎng)一直保持綠色 （圖1），這為研究黃金勾豆莢顏色變異提供良好材料。
圖1 豆莢發(fā)育過(guò)程中豆莢顏色和葉綠素含量變化
A：豆莢不同發(fā)育時(shí)期；B、C：豆莢內(nèi)部及橫切表型；D：綠莢突變體多纖維表型；E、 F、G：豆莢葉綠素和類胡蘿卜素含量測(cè)序；H、I：豆莢葉綠體結(jié)構(gòu)觀察
以野生型黃金勾及其綠色豆莢突變體為試材，對(duì)3個(gè)不同發(fā)育階段的豆莢進(jìn)行生理生化和組學(xué)分析。研究表明：隨著豆莢的發(fā)育，葉綠素含量不斷降低，在野生型黃金勾中下降速率更快（圖1E-G）。
對(duì)葉綠素代謝通路分析發(fā)現(xiàn)，葉綠素降解基因PAO, CLH, SGR和RCCR隨著豆莢發(fā)育表達(dá)量增加，尤其是RCCR基因在黃金勾綠色小豆莢中高表達(dá)，而在綠色豆莢突變體中其表達(dá)量極低（圖2A-B），在其他綠色突變體株系（M729，M693和M756）中也得到相同結(jié)果（圖2C-D），推測(cè)該基因是黃金勾豆莢褪綠的關(guān)鍵基因。另一方面，綠色豆莢突變體豆莢質(zhì)地較硬，烹飪口感差，通過(guò)對(duì)纖維素含量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)綠色豆莢突變體中纖維素含量顯著高于野生型。且與野生型相比，綠色豆莢突變體中葉纖維素合成基因表達(dá)量上調(diào)。
圖2 葉綠素代謝通路基因表達(dá)量變化
A、B：轉(zhuǎn)錄組測(cè)序揭示葉綠素降解基因表達(dá)變化；C：其他綠莢突變體M693，M756，M729豆莢葉綠素含量變化；D：其他綠莢突變體中葉綠素降解基因表達(dá)變化
類黃酮也被稱為生物黃酮素，屬植物次生代謝產(chǎn)物，是自然存在于植物中的多酚抗氧化劑，也是一種植物營(yíng)養(yǎng)素，攝取含類黃酮豐富的食物與人體健康有著密切的聯(lián)系。類黃酮物質(zhì)尤其是異黃酮是在豆科作物中高含量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為研究菜豆在豆莢發(fā)育過(guò)程中類黃酮物質(zhì)變化，對(duì)不同發(fā)育時(shí)期豆莢進(jìn)行代謝組分析。
研究表明：隨著豆莢發(fā)育，很多類黃酮物質(zhì)發(fā)生明顯變化，且在野生型和綠色豆莢突變體間出現(xiàn)明顯差異（圖3A-E）。共檢測(cè)到154種類黃酮物質(zhì)，且隨著豆莢發(fā)育，多數(shù)類黃酮物質(zhì)含量降低（圖3F）。在黃金勾中，柚皮苷，牡荊素-2-O-鼠李糖苷，異槲皮甙，槲皮素，山奈酚，紫云英苷和芒柄花苷含量較高。而木犀草素，芹菜素，李屬異黃酮，鷹嘴豆素，黃顏木素在綠色豆莢突變體中含量較高。共檢測(cè)到5中花青素類物質(zhì)，且均是在野生型中含量高于綠色豆莢突變體（表1）。
圖3 差異類黃酮代謝物的聚類熱圖，PCA和OPLS-DA分析
A：差異代謝物聚類分析；B： 差異代謝物的主成分分析（PCA）；C、D、E：差異代謝物OPLS-DA分析；F：不同比較組間差異代謝物數(shù)量統(tǒng)計(jì)
表1 野生型和綠莢突變體差異代謝物統(tǒng)計(jì)
該研究從生理和分子水平揭示了黃金勾豆莢褪綠的機(jī)制，并對(duì)豆莢發(fā)育過(guò)程中類黃酮物質(zhì)進(jìn)行代謝分析，為解析營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化提供理論基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以題為 Enhanced chlorophyll degradation triggers the pod degreening of “Golden Hook”， a special ecotype in common bean (Phaseolus vulgaris L.) ，在 Frontiers in Genetics 發(fā)表。
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