类胡萝卜素与类黄酮色素一样，是水果颜色的重要组成部分，不仅可使水果呈现黄色至红色，而且能提高水果的营养价值。草莓被认为是类胡萝卜素含量较低的水果，目前草莓中调节果实类胡萝卜素组成自然变异的遗传和分子机制在很大程度上仍未得到探索。2025年1月22日，Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Differential expression of CCD4(4B) drives natural variation in fruit carotenoid content in strawberry (Fragaria spp.)”的研究论文，文章中成功鉴定了一个与草莓果实类胡萝卜色素相关的关键基因CCD4(4B)，并开发了一种高分辨率熔融（HRM）标记用于区分两种 CCD4(4B) 等位基因。草莓不同种质中不同基因型类中胡萝卜素含量的定性和定量分析显示的显著自然差异，为膳食建议提供了有价值的见解。此外，所开发的标记可在育种计划中选择决定类胡萝卜素含量较高的有利等位基因，或促进其从野生近缘植物中的导入，为提高草莓果实的营养价值提供了有效的策略。

在该研究中，作者首先利用黄肉/白肉的分离群体检测到一个主要的数量性状位点（QTL）qYellow Flesh-4B，该位点位于 4B 染色体上，占总表型变异的 82%。在该 QTL 区间，类胡萝卜素裂解二氧酶 CCD4(4B) 启动子上的特定多态性与黄肉、CCD4(4B) 在成熟过程中的下调以及类胡萝卜素含量的增加有关。为了进一步研究 CCD4(4B) 在控制草莓黄肉中的作用，作者通过 RT-qPCR 分析了已鉴定多态性与 CCD4(4B) 表达水平之间的联系。

通过在草莓果实中瞬时过表达 CCD4(4B)，进一步证实了 CCD4(4B)在类胡萝卜素周转中的作用，这导致黄绿素中的小黄素、叶黄素和玉米黄质浓度下降。CCD4(4B) 的过表达导致果实类胡萝卜素总含量显著减少 45%，证实 CCD4(4B) 参与了草莓果实中类胡萝卜素的转化。所有类胡萝卜素化合物都没有受到 CCD4(4B) 过表达的类似影响。不同植物物种的 CCD4 酶表现出不同的底物特异性和区域选择性，从而产生了多种多样的类胡萝卜素挥发物和色素。

为了进一步了解各等位基因变异与果实类胡萝卜素含量之间的关系，作者分析了这三个物种中部分 CCD4(4B)C 和 CCD4(4B)T 转录品种的 CCD4(4B) 表达情况。正如在 SS × FcL 群体中观察到的那样，在含有至少一个 CCD4(4B)T 等位基因拷贝的基因型中，CCD4(4B)的表达在成熟期被明显诱导。值得注意的是，CCD4(4B)启动子中的 35 C>T 单核苷酸多态性（SNP）可预测 CCD4(4B)的表达和类胡萝卜素在不同八倍体草莓物种中的含量。除了 -35 C>T SNP 外，还有 7 个多态 SNP 和 1 个小的 indel 与 CCD4(4B) 表达差异有关。然而，要验证已发现的多态性中哪一个可能是黄肉自然变异背后 CCD4(4B) 的致病突变，还需要进一步的功能研究。

虽然类胡萝卜素的总浓度在不同物种和登录品种之间存在显著差异，但在 CCD4(4B) 表达较高的基因型中始终观察到较低的类胡萝卜素水平，这与显性 CCD4(4B)T 等位基因的存在有关，这表明果实类胡萝卜素含量升高与农艺优势性状之间可能存在关联，这一假设值得在未来进行研究。尽管 CCD4(4B)对果实类胡萝卜素含量有贡献，但不同品种的果实类胡萝卜素含量在数量和质量上仍存在很大差异，这表明还涉及其他因素，如环境影响或其他遗传位点。未来的研究中，如各种类胡萝卜素的全基因组关联研究（GWAS）将有助于确定与单个类胡萝卜素的积累和类胡萝卜素总含量有关的其他遗传因素。

总而言之，该项研究为类胡萝卜素含量自然变异的遗传基础提供了新的见解，并加深了我们对控制草莓果实中类胡萝卜素和类胡萝卜素代谢的分子机制的理解。此外，作者还提出了一种高效、低成本的 HRM 标记，可作为预测果实类胡萝卜素含量的诊断性遗传工具，为预测草莓果实中类胡萝卜素的高含量提供了一种快速可靠的方法，为旨在提高这种作物营养价值的育种项目提供了一种宝贵的工具。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14523

图文来源：植物生物技术Pbj