近日，山西农业大学农学院、山西省后稷实验室孙朝霞课题组，河南大学张学斌课题组联合多单位共同协作，在Plant communications（IF=11.6）发表了题为“Natural variation inFtPME58contributes to seed hull thickness of Tartary buckwheat”的研究论文，研究通过全基因组关联分析鉴定到果胶甲酯酶基因FtPME58通过调控果胶代谢影响苦荞种子壳厚度，发现其优异单倍型HapG具有更高的酶活性，能够降低细胞壁中果胶的甲酯化程度和含量，最终形成较薄的果壳。这项研究为培育易脱壳苦荞新品种提供c了重要的理论依据和分子靶点。

研究背景

苦荞，蓼科荞麦属植物，起源于我国西南地区，种植历史悠久，是极具中国特色的“药食同源”作物。随着人们对食品营养价值需求的提高，苦荞及其制品因其独特的营养价值和保健功能愈加受到消费者的青睐，极具经济潜力。然而，其脱壳过程繁琐，导致营养成分流失，严重制约了苦荞的生产和经济效益。

苦荞的果壳厚且坚硬，通过遗传学手段改变其形态与理化性质是提升苦荞生产效率和经济效益的“一劳永逸”的手段。研究团队前期共同协作，揭示苦荞果壳极具特色的木质素组成，解析其硬度的化学及遗传基础(Yang et al., Advanced Science, 2024)。本研究则着眼于另一个关键特性——果壳厚度，旨在阐明其对脱壳效率的影响并解析其遗传基础。

研究结果

通过对281分苦荞种质资源进行多年多点（两年×两地）的表型分析，发现苦荞果壳厚度（LST：纵向厚度；CST，横向厚度）具有极强的遗传力（遗传力分别为0.91和0.87），是极具育种价值的性状。果壳厚度与脱壳效率呈现显著的负相关。通过全基因组关联分析鉴定到关键基因FtPME58，该基因编码的果胶甲酯酶通过调控细胞壁果胶的甲酯化程度和含量影响果壳厚度。

群体遗传分析发现FtPME58存在两个主要单倍型（HapA和HapG），其中HapG单倍型与较薄的种子壳显著相关。功能验证表明，FtPME58^HapG具有更高的酶活性，能够有效降低细胞壁中果胶的甲酯化程度和总含量。通过在苦荞毛状根和拟南芥中的转基因实验证实，提高FtPME58^HapG表达量可显著降低果胶含量并减少器官厚度。这些结果揭示了FtPME58通过调控果胶代谢影响细胞壁组成，进而调控种子壳厚度的分子机制，为培育易脱壳苦荞新品种提供了重要的理论依据和基因靶点。

研究团队

侯思宇教授（山西农业大学、山西省后稷实验室），青年教师杨文奇（河南大学）、高级工程师张华（北京市园林绿化科学研究院）、博士研究生赵玥（山西农业大学）为该论文的共同第一作者。河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室张学斌教授，山西农业大学、山西省后稷实验室孙朝霞教授，山西农业大学基因资源研究中心刘龙龙研究员为共通讯作者。山西农业大学硕士（已毕业）郝炅煜，河南大学禹坷副教授，博士研究生李雨哲，美国西北大学张栋凯，中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后罗来福和赵运军教授参与了本研究。本研究得到国家自然科学基金、山西省重大科技专项、山西省重点研发计划项目、国家现代农业产业技术体系、后稷实验室开放项目的资助。

原文信息

Siyu Hou, Wenqi Yang, Hua Zhang, Yue Zhao, Jiongyu Hao, Yuzhe Li, Dongkai Zhang, Laifu Luo, Yunjun Zhao, Ke Yu, Longlong Liu, Zhaoxia Sun, Xuebin Zhang

Natural variation in FtPME58 contributes to seed hull thickness of Tartary buckwheat

Plant Communications, 2025, 101586.https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101586