甘蓝型油菜花色精准设计：基于类胡萝卜素、甜菜红素和花青素代谢通路的协同调控

为解决甘蓝型油菜花色单一的问题，研究人员通过异源表达甜菜红素合成基因簇RUBY，结合花瓣特异性启动子XY355，实现了花瓣中甜菜红素的精准合成。研究在白色(R2)和黄色(R10)背景中分别获得红色和橙色花朵，并通过杂交创制出绿叶红花的优良株系。该研究为园艺作物花色设计提供了新策略，相关成果发表于《Horticulture Research》。

　　

在观赏植物经济价值持续攀升的背景下，甘蓝型油菜作为全球第三大油料作物，其传统黄白色系花朵已无法满足观光农业的多元化需求。尽管通过远缘杂交可获得粉色、紫色等新花色，但伴随的硫苷和芥酸含量升高严重制约其食用价值。如何突破花色改良的技术瓶颈，成为油菜多功能育种的关键科学问题。

中国农业科学院油料作物研究所的科研团队创新性地将动物植物界广泛分布的三大色素——类胡萝卜素（黄色）、甜菜红素（红色）和花青素（蓝色）的代谢调控网络作为突破口。研究以甜菜红素合成基因簇RUBY（包含CYP76AD1、DODA和GT三个基因）为核心元件，通过农杆菌介导的遗传转化，在甘蓝型油菜中首次构建了完整的甜菜红素合成通路。

研究采用qRT-PCR、液滴数字PCR(ddPCR)和高效液相色谱等技术，系统分析了转基因株系的基因表达、拷贝数稳定性及色素含量。通过原生质体分离和色素提取实验，揭示了甜菜红素与内源色素的协同显色机制。

甜菜红素在甘蓝型油菜中的生物合成
在黄色背景品种R10中，35S启动子驱动的RUBY表达产生从浅橙到深橙的连续花色变异。ddPCR检测发现T₁代株系拷贝数（2-3个）与色素积累量呈正相关，其中OE-y3株系花瓣甜菜红素含量达1.2 mg/g FW。

色素协同作用创造衍生颜色
原生质体实验证实甜菜红素（液泡）与叶绿素（叶绿体）的亚细胞分区积累。通过乙醇/水分别提取色素后，重组实验再现了橙色（类胡萝卜素+甜菜红素）和紫黑色（叶绿素+甜菜红素）的显色效应。

精准调控实现红花绿叶
针对35S:RUBY导致的光合抑制（净光合速率降低40%），采用花瓣特异性启动子XY355使甜菜红素局限在花瓣表达。所得XY355:RUBY#2株系维持正常叶绿素a/b比值（3.2），同时花瓣甜菜红素含量达0.8 mg/g FW。

花色设计的遗传规律应用
通过杂交实验证实白花性状对黄花呈显性。将XY355:RUBY黄花背景株系与白花品种R2杂交，F₁代成功获得红叶素纯合的亮红色花朵，为花色育种提供了新种质。

该研究建立了基于三大色素代谢网络的"三原色"设计模型：黄色（类胡萝卜素）、红色（甜菜红素）和蓝色（花青素衍生物如飞燕草素delphinidin）可通过代谢工程组合产生丰富衍生色。研究特别指出，现有紫色油菜品种中完整的F3'H基因（花青素合成关键酶）为未来引入F3'5'H基因创制蓝色花奠定了材料基础。论文提出的组织特异性表达策略，为兼具观赏价值与农艺性状的作物设计提供了普适性方案，对推动油料作物向观光农业转型具有重要意义。