10月25日，生物技術研究所玉米分子(zǐ)育種研究團隊聯合院玉米研究所和(hé)中國農業科學(xué)院蜜蜂研究所，在國際知名植物學(xué)雜志Plant Journal（Top期刊，IF5-year：6.62，h-index：241）在線發表題為(wèi)“Natural variation of ZmCGT1 is responsible for the isoorientin accumulation in maize silk”的(de)研究論文（https://doi.org/10.1111/tpj.15549）。本研究通過全基因組關聯分析，定位到玉米花絲天然産物異荭草(cǎo)素合成通路關鍵基因ZmCGT1，經候選基因關聯分析和(hé)轉基因功能驗證，揭示了該基因的(de)兩個SNP（單核苷酸變異）A502C和(hé)A1022G是引起不同玉米材料異荭草(cǎo)素含量顯著差異的(de)關鍵位點。

植物黃酮類化合物，曾被譽為(wèi)“維他命P”，存在于高(gāo)等植物的(de)根、莖、葉、花、果實等中，具有抗心腦血管疾病、抗衰老、抗炎症、抗腫瘤、抗病毒等多種功效。其中，異荭草(cǎo)素（isoorientin，黃酮碳苷類化合物）目前被國內(nèi)外廣泛關注，國內(nèi)外植物化合物藥物研究的(de)專業期刊中已有百餘篇研究論文涉及異荭草(cǎo)素的(de)功效，表明其在人類抗炎症、抗氧化、抗癌細胞增殖等方面具有顯著效果，我們近期研究結果發現異荭草(cǎo)素通過調節和(hé)優化口腔和(hé)腸道(dào)微生物菌群結構，經由腦-腸軸來調節并減緩阿爾茨海默病相關病理(lǐ)指标。

本研究以玉米自(zì)然變異群體材料花絲為(wèi)研究對象，通過靶向代謝組方法測定群體不同玉米花絲的(de)異荭草(cǎo)素含量，結合群體材料基因組數據，進行代謝組-全基因組關聯分析，挖掘獲得異荭草(cǎo)素合成通路候選基因ZmCGT1。進一(yī)步通過基因多态性分析，排除候選基因位點附近其它基因的(de)效應，初步确定基因ZmCGT1為(wèi)異荭草(cǎo)素合成通路的(de)關鍵基因。

體外和(hé)體內(nèi)酶活實驗證明ZmCGT1基因編碼蛋白為(wèi)C-糖基轉移酶，可(kě)以催化前體物質2-羟基聖草(cǎo)酚合成異荭草(cǎo)素。過表達ZmCGT1基因的(de)玉米株系中異荭草(cǎo)素含量顯著增加，RNAi轉基因玉米株系中異荭草(cǎo)素含量顯著減少。确定該候選基因為(wèi)異荭草(cǎo)素合成通路的(de)關鍵基因。

進一(yī)步的(de)候選基因關聯分析發現，該基因兩個SNP（A502C和(hé)A1022G）是引起不同玉米材料異荭草(cǎo)素含量差異顯著的(de)關鍵位點。當該基因502位的(de)堿基A突變為(wèi)C或（和(hé)）1022位的(de)堿基A突變為(wèi)G時，玉米花絲中異荭草(cǎo)素含量顯著增加。體外酶活實驗顯示，ZmCGT1（A502C）、ZmCGT1（A1022G）和(hé)ZmCGT1（A502C+ A1022G）基因編碼的(de)C-糖基轉移酶ZmCGT1（I168L）, ZmCGT1（E341G） 和(hé)ZmCGT1（I168L+E341G）表現出更強的(de)催化活性。這些催化活性的(de)增強可(kě)能引起相應基因型的(de)玉米花絲異荭草(cǎo)素含量顯著提高(gāo)。

綜合所有試驗結果，證明ZmCGT1基因為(wèi)異荭草(cǎo)素合成通路的(de)關鍵基因，該基因的(de)兩個SNP（A502C和(hé)A1022G）是引起不同玉米材料異荭草(cǎo)素含量差異顯著的(de)關鍵位點。