摘要：本研究由中国农业科学院油料作物研究所油菜遗传育种创新团队开展，旨在改良油菜籽品质。通过全基因组关联分析、遗传互补、定点诱变等技术，克隆出目标基因 BnaC02.VTE4，发现其第二个内含子 3' 剪接位点上 A 到 G 的碱基变异，是导致油菜籽维生素 E 和硫苷含量差异的直接原因。结合转录组和代谢组联合分析，阐明了维生素 E 和硫苷生物合成通路对底物的竞争关系，揭示正向调控油菜籽维生素 E 和负向调控硫苷含量的分子机制，为油菜籽高品质育种提供了基因资源和技术支撑，有望实现油菜籽高维生素 E 和低硫苷综合改良的育种目标。

油菜是世界第三大油料作物，也是中国最大的油料作物。菜籽油作为重要的食用植物油，其营养品质备受关注。维生素 E 主要存在于植物油中，是人体和动物生长发育不可或缺的营养素，具有调节免疫系统、延缓衰老、预防癌症等重要功能 。在常见的油料作物中，与花生和大豆相比，菜籽油富含 α-T 。然而，油菜籽饼粕中含有的硫苷，会降低其饲用价值。若能将油菜籽中的硫苷含量降低到 30μmol/g 以下，可大幅度地提高饼粕的饲用价值。因此，高维生素 E、低硫苷成为油菜品质育种的重要方向，发掘调控油菜种子维生素 E 和硫苷合成的关键基因，对于油菜籽品质育种具有重要意义。

选用广泛来自全球各地的甘蓝型油菜群体作为实验材料，涵盖不同生态类型和遗传背景，确保研究结果具有广泛代表性。同时，以拟南芥突变体 atvte4-4 作为对照，用于基因功能验证。

运用全基因组关联分析（GWAS）技术，在甘蓝型油菜群体中全面检测与维生素 E 含量相关的基因位点。通过遗传互补实验，将克隆得到的基因转入拟南芥突变体中，观察其对维生素 E 含量的影响，验证基因功能。利用定点诱变技术，对目标基因特定碱基进行突变，深入探究碱基变异与油菜籽维生素 E 和硫苷含量之间的关系。此外，对不同单倍型油菜在关键发育阶段（授粉后 4W 和 6W）的籽粒进行转录组和代谢组分析，全面了解基因表达和代谢物变化情况。

研究团队利用全基因组关联分析，在甘蓝型油菜群体中精准检测到与维生素 E 含量相关的主效 QTL-qVE.C02，并通过遗传互补、定点诱变等技术手段，成功克隆出该 QTL 的目标基因 BnaC02.VTE4。深入研究发现，BnaC02.VTE4 第二个内含子 3' 剪接位点上 A 到 G 的碱基变异，是导致油菜籽维生素 E 和硫苷含量差异的直接原因。在自然群体中，BnaC02.VTE4 的单碱基突变导致可变剪切，产生了两种功能缺失的转录本，阻碍了 γ- 生育酚（γ-T）向 α-T 的转化，从而影响了维生素 E 的积累，并且在代谢通路上显著影响了硫苷生物合成途径，使得 BnaC02.VTE4 在正向调控油菜籽粒维生素 E 的同时负向调控了硫苷含量。

通过转录组和代谢组联合分析，阐明了维生素 E 和硫苷生物合成通路对底物的竞争关系。对 BnaC02.VTE4 基因的不同单倍型油菜的关键发育阶段籽粒进行分析，结果表明维生素 E 合成通路的基因在 HapL 油菜籽粒中显著下调，而硫苷合成通路基因及代谢物在 HapL 油菜中显著上调。对维生素 E 合成通路及硫苷合成通路的主要基因进行定量分析，结果与转录组一致，在 HapL 油菜中维生素 E 合成通路部分关键基因显著下调，而硫苷合成通路大量关键基因显著上调。对授粉后 4W 和 6W 籽粒硫苷含量进行测定，结果表明 HapL 籽粒硫苷含量显著高于 HapH。对油菜关联群体及 BnIR 数据库中广泛来自全球各地的油菜进行分析，发现各资源群体中 HapL 的籽粒硫苷总量均显著高于 HapH，而 8S088 及 8S100 的 BnaC02.VTE4HapH 互补株系籽粒硫苷总量较野生型显著降低。这些结果表明，BnaC02.VTE4 正向调控油菜种子中维生素 E 和负向调控硫苷生物合成。

基于以上研究结果，提出了 BnaC02.VTE4 正向调控维生素 E 和负向调控硫苷含量的分子机制作用模型。BnaC02.VTE4 的优势单倍型 HapH 正常翻译后上调了维生素 E 合成通路，使底物络氨酸和蛋氨酸更多地合成 α-T，从而增加了油菜籽粒中的维生素 E 积累。而 HapL 在 1052bp 发生单碱基由 A 到 G 的突变后，缺失了关键功能结构域 Ubie_methyltran，从而抑制了维生素 E 合成通路，使硫苷合成通路整体上调，底物络氨酸和蛋氨酸更多地流向了硫苷合成，从而增加了籽粒中硫苷含量。

本研究首次揭示了 BnaC02.VTE4 基因在调控油菜籽维生素 E 和硫苷含量中的关键作用及分子机制，为油菜籽品质改良提供了重要的基因资源和理论基础。以往对于油菜籽品质改良的研究，多集中在单一品质性状的提升，而本研究成功解析了维生素 E 和硫苷这两个重要品质性状之间的内在联系，为实现油菜籽多品质性状协同改良提供了新的思路和方法。

研究发现的 BnaC02.VTE4 基因第二个内含子 3' 剪接位点上 A 到 G 的碱基变异，为油菜分子标记辅助育种提供了精准的分子标记。通过筛选具有优势单倍型 HapH 的油菜品种，能够快速有效地培育出高维生素 E、低硫苷的油菜新品种，大大缩短育种周期，提高育种效率。

此外，本研究阐明的维生素 E 和硫苷生物合成通路对底物的竞争关系，有助于深入理解植物次生代谢调控网络，为通过基因工程手段优化油菜籽品质提供了理论依据。未来，可以进一步研究如何精准调控这两个生物合成通路，以实现油菜籽品质的最大化提升。

然而，本研究也存在一定的局限性。虽然揭示了 BnaC02.VTE4 基因的调控机制，但油菜籽品质形成是一个复杂的过程，可能还受到其他基因和环境因素的共同影响。后续研究需要进一步挖掘其他相关基因，深入探究基因与环境之间的互作关系，以全面解析油菜籽品质形成的分子机制。

中国农业科学院油料作物研究所油菜遗传育种创新团队的研究，成功揭示了正向调控油菜籽维生素 E 和负向调控硫苷含量的分子机制，发掘出优异等位基因 BnaC02.VTE4。该研究成果为油菜籽品质改良提供了关键的基因资源和技术支撑，有望实现油菜籽高维生素 E 和低硫苷综合改良的育种目标，对提高菜籽油的营养价值、提升油菜籽饼粕的饲用价值具有重要意义，将有力推动油菜产业的高质量发展。未来，随着研究的不断深入，有望培育出更多优质、高产的油菜新品种，为保障我国食用油安全和畜牧业发展做出更大贡献。

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