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为解析菜豆种皮颜色调控机制，研究人员对 5-593 进行 RNA-Seq 分析，鉴定出 DEGs 及关键通路，为相关研究提供依据。
菜豆（Phaseolus vulgaris L.）是全球重要的食用豆类，其种子颜色丰富多样，深受不同地区消费者喜爱。种皮颜色不仅影响市场接受度，还与其中含有的黄酮类化合物密切相关，这些化合物对人体健康有着抗氧化、抗肥胖等诸多益处。然而，尽管过去几十年对菜豆种皮颜色和图案的遗传背景及色素分布有所研究，但对于种皮颜色形成过程中黄酮类化合物相关基因的表达动态变化，人们了解甚少。此前研究虽在全谷物层面评估过基因表达，却无法区分种皮、子叶和胚中的基因表达差异。为了填补这一知识空白，深入探究菜豆种皮颜色形成的分子机制，来自北达科他州立大学（North Dakota State University）等机构的研究人员开展了相关研究。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为菜豆遗传研究和品种改良提供了重要的理论依据。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是 RNA 测序（RNA-Seq）技术，对不同种皮颜色发育阶段的菜豆品种 5-593 进行测序，以获取基因表达数据。其次，运用逆转录定量聚合酶链反应（RT-qPCR），对特定基因在不同菜豆品种中的表达进行验证和分析。此外，还通过生物信息学分析，如基因本体（GO）富集分析和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，来确定差异表达基因（DEGs）的功能和相关通路。
研究结果主要包括以下几个方面：
- 种皮转录组分析：对 5-593 种皮不同发育阶段进行 RNA-Seq 分析，发现随着种皮颜色从绿色逐渐变为黑色，基因表达呈现动态变化。通过主成分分析（PCA）评估数据质量和样本间差异，校正批次效应后，能清晰区分不同种皮发育阶段的基因表达特征。
- 差异表达基因的鉴定：在不同种皮发育阶段的两两比较中，共鉴定出 6294 个差异表达基因。这些基因在种皮颜色发育过程中，有的上调表达，有的下调表达，且不同阶段差异表达基因的数量和功能各不相同。
- 差异表达基因的功能相关性：GO 富集分析表明，不同阶段的差异表达基因在细胞分裂、碳水化合物代谢、次生代谢等多个生物学过程中显著富集。KEGG 分析发现，蔗糖代谢、苯丙烷生物合成、黄酮类生物合成、植物激素信号转导等通路在种皮颜色发育过程中起重要作用。其中，苯丙烷生物合成和黄酮类生物合成通路在种皮颜色发育早期和中期尤为关键，涉及的基因在不同阶段呈现动态表达。
- 种皮颜色形成相关基因的验证：选取 14 个基因进行 RT-qPCR 分析，验证了 RNA-Seq 数据的准确性。对不同菜豆市场品种（如 5-593、UI111、UI37 和 Viva）的研究发现，这些品种中参与黄酮类生物合成的基因，如查尔酮合酶（CHS）、二氢黄酮醇 4 - 还原酶（DFR）等，在不同发育阶段的表达模式存在差异，这与它们种皮颜色的差异相关。
- 黄酮类基因表达的调控基因：研究发现，编码黄酮类通路酶的基因受多种转录因子家族调控，如 MYB、bHLH 和 WDR 家族。在不同种皮阶段，这些家族中的多个基因差异表达。例如，Pv5-593.06G121300（PvMYB12）稳定表达，而 Pv5-593.03G127600（Z-MYB）和 Pv5-593.07G170300（P-bHLH）的表达在早期达到峰值，后期显著下降。此外，还发现了一些负调控因子，如 Pv5-593.02G090900（PvMYBL2）和 Pv5-593.02G016100（PvAP2），它们的表达模式可能解释了 5-593 种皮中低水平原花青素的现象。
- 植物激素信号转导通路基因的转录调控：差异表达和功能富集分析显示，在种皮发育过程中，植物激素信号转导通路中有 111 个差异表达基因。其中，生长素（AUX）、细胞分裂素（CTK）和油菜素内酯（BR）信号通路的大部分基因表达下调，而脱落酸（ABA）、乙烯（ET）、赤霉素（GA）和茉莉酸（JA）信号通路的部分基因表达上调，表明不同激素信号通路在种皮颜色发育中起着不同的调控作用。
研究结论表明，该研究通过对菜豆种皮不同发育阶段的转录组分析，全面揭示了种皮颜色形成的分子机制。鉴定出的 29 个参与色素积累的关键酶编码基因和 4 个潜在的 MYB 转录因子调控基因，为进一步研究菜豆种皮颜色的遗传调控提供了重要靶点。这些发现不仅丰富了人们对菜豆种皮颜色形成过程的理解，还为菜豆品种改良和品质提升提供了理论基础，有助于培育出更符合市场需求的菜豆品种，在农业生产和植物遗传学研究领域具有重要意义。
