近日，华中农大油菜团队范楚川教授课题组在权威杂志Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Targeted mutagenesis of flavonoid biosynthesis pathway genes reveals functional divergence in seed coat colour, oil content and fatty acid composition in Brassica napus L.”的研究论文。该研究利用CRISPR/Cas9技术在甘蓝型油菜系统创建了类黄酮合成通路中代表性基因的突变体，成功创制出了种皮颜色呈不同程度变化的黄籽甘蓝型油菜。同时，解析了这些基因对种皮颜色、含油量和脂肪酸组成等相关性状的影响，为育种改良提供了宝贵的资源。

甘蓝型油菜是中国最大的油料作物，提供了约55%的国内植物油，对动物饲料和生物燃料有重要贡献。因此，在提高油菜籽品质的同时提高油菜籽产量和含油量一直是油菜籽育种的主要目标。黄籽甘蓝型油菜与黑籽甘蓝型油菜相比原花青素、酚类化合物和单宁含量更少，有助于简化油脂加工，减少营养损失。同时，黄籽甘蓝型油菜具有含油量比黑籽油菜更高的特点。然而，在自然条件下，没有天然的黄籽甘蓝型油菜，极大的限制了油菜的高品质育种。

范楚川教授研究团队利用CRISPR/Cas9技术创建了类黄酮途径中七个代表性基因的靶向突变体，包括三个结构基因（BnaTT7、BnaTT18、BnaTT10）、三个调控因子（BnaTT1、BnaTT2、BnaTT8）和一个转运蛋白（BnaTT12）。与野生型（WT）相比，所有突变体都产生了不同程度的种皮颜色变化。在这些突变体中，Bnatt10突变体的黄色种子表型最明显（纯黄色），Bnatt8、Bnatt2、Bnatt18、Bnatt7和Bnatt1突变体依次加深，Bnatt12突变体的种皮颜色与野生型的非常接近（图1）。

进一步的研究发现，这些Bnatt突变体产生的种子含油量增加，种皮中色素和木质素积累减少，而产量相关性状没有任何严重缺陷。此外，除Bnatt18外，所有Bnatt突变体的脂肪酸组成也发生了不同程度的变化，即油酸减少、亚油酸和α-亚麻酸增加。基因表达分析显示，大多数BnaTT基因的突变导致与类黄酮和木质素合成相关的关键基因下调，而与脂质合成和油体形成有关的关键基因上调，这可能有助于我们解析Bnatt基因突变体的表型（图2）。该研究证明了类黄酮生物合成途径基因在油菜籽种皮颜色、含油量和脂肪酸组成方面的功能差异和重叠性，更重要的是也为油菜高品质育种提供了宝贵的资源。

图1. 七个不同Bnatt突变体的种皮颜色变化

图2. Bnatt突变引起类黄酮和木质素合成通路基因表达下调及脂肪酸合成相关基因表达上调

华中农业大学植物科学技术学院博士后李淮琳为论文的第一作者，范楚川教授和何菡子副研究员为共同通讯作者。这项工作得到了国家重点研发计划（2022YFD1200400）、湖北省重点研发项目（2022BBA0039）、武汉市生物育种与新品种选育关键技术科技重大专项（2022021302024851）、国家自然科学基金项目（32172021，31371240，31671279）、农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室开放课题（KF2023006）项目资金的资助。

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