秋风渐凉,路边绿化带里的羽衣甘蓝悄悄褪去翠绿,染上胭脂般的红紫—这抹秋冬独有的色彩,不仅是园林里的视觉焦点,更是植物应对低温的生存智慧。
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近日,沈阳农业大学冯辉教授团队在Plant Physiology杂志在线发表了题为The reason of Kale reddening in late autumn is BoCBF2/BoMYB2 synergistically regulating BoDFR expression的研究论文,揭开了这一现象的分子面纱。羽衣甘蓝秋季变红的关键,在于BoCBF2与BoMYB2两个基因的“协同作战”,它们共同调控下游基因BoDFR的表达,催生出鲜艳的花青素。
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低温是羽衣甘蓝变色的“信号兵”
研究证实,当气温降至15℃以下时,羽衣甘蓝新生叶片中的叶绿素合成受抑,同时,花青素开始大量合成和积累。但是,环境因素只是“信号兵”,真正决定变色的“指挥官”是藏在细胞里的基因调控模块。
双基因“联手”激活花青素素合成通路
该项研究的核心发现,是锁定了调控花青素生物合成的 “关键二人组”:
BoCBF2:作为植物应对低温胁迫的“经典基因”,它在低温信号触发后率先被激活,如同 “传令兵” 启动植物的抗寒响应;
BoMYB2:属于MYB转录因子家族,是调控植物色素合成的“老玩家”,能精准识别花青素合成通路中的关键基因。
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该研究还发现,这2个基因并非“各自为战”:BoCBF2被低温激活后,与BoMYB2形成复合物,结合到
BoDFR基因的启动子区域,“打开”其表达开关。而 BoDFR 正是花青素合成通路中的“关键酶基因”—编码二氢黄酮醇还原酶,它是花青素生物合成的核心催化剂。具体分工是 BoCBF2 负责“感知低温信号”, BoMYB2 负责 “精准调控花青素合成”,二者协同作用使花青素得到快速积累,最终让新生片转成红色。
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不止于好看:变色背后是生存与应用的双重价值
羽衣甘蓝的“红”,本质上是植物的“自我保护色”:花青素能吸收紫外线,调节细胞渗透压,帮助植物抵御低温和干旱胁迫,堪称天然的“抗逆护盾”。这项研究的价值远不止于 “解释现象”:
育种层面:通过精准调控BoCBF2/BoMYB2模块,可望培育出变色更早、颜色更艳丽的羽衣甘蓝品种,满足园林景观的四季观赏需求;
农业层面:花青素是强效抗氧化剂,具有抗炎、护心血管等健康功效,定向激活该通路或能提升羽衣甘蓝的营养价值;
基础研究:为植物的色素调控机制提供了新范式,可以助力更多彩色作物的遗传改良。
从路边的一抹嫣红,到实验室里揭示的基因互作—这项研究让我们读懂了植物与季节的对话密码。当秋冬再遇变红的羽衣甘蓝,不妨多一份关注:那鲜艳的色彩里,藏着基因协同的微妙逻辑,更藏着植物适应自然的生存智慧。
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沈阳农业大学园艺学院蔬菜遗传育种与生物技术团队的冯辉教授和任杰副教授为论文的通讯作者,博士研究生李昕源为第一作者,博士研究生宫智超和杨国梁参与了部分研究。研究工作得到了国家自然科学基金和中国博士后基金资助。
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