花生种皮颜色多样，包括黑色、红色、粉色、白色等。近日，山东省花生研究所育种团队在花生种皮颜色形成机制的研究取得新进展。相关结果以“Two bHLH Transcription Factor Genes AhWSC1a and AhWSC1b Act as Gatekeepers of Testa Pigmentation, Preventing White Seed Coats in Peanuts”为题发表在Plants上（中科院SCI二区，IF=4.1）。该研究综合利用转录组、代谢组、遗传定位、蛋白互作等技术手段，解析了不同花生种皮颜色形成的调控机制与其相互关系。研究发现，两个bHLH转录因子AhWSC1a与AhWSC1b是维持花生种皮原花青素和花青素等色素沉积不可或缺的“把关者”。

本研究首先对粉（TIF、HY917）、黑（S3）、红（YH1）与白（S2）等不同颜色种皮进行了靶向代谢组分析。研究发现不同颜色花生的黄酮类代谢物存在显著差异：粉种皮的原花青素（proanthocyanidins）含量最高，黑种皮则富集多种糖苷类花青素，而白种皮中的原花青素和花青素几乎检测不到。在此基础上，分析了黑种皮 S3 ×白种皮 S2 杂交后代群体的种皮色的表型。后代分离分析结果表明，黑色对粉色为显性，由单基因控制，粉色对白色为显性，由2-3个基因决定。除此之外，分离群体中还出现了带紫色条纹的白色种皮。因此，研究团队针对黑色和白色种皮的遗传调控机制和相互关系进行了系统分析。

研究团队利用分离群体中黑种皮与粉种皮材料开展BSA-seq分析，将控制黑种皮形成的主效位点定位到 Chr10 染色体，在该区间内存在已知的黑种皮正调控基因AhTc1。过去的研究表明AhTc1的高表达是促进花生种皮颜色变黑的重要原因。但是前期的研究并没有在该基因编码区和上下游序列发现关键突变，其上调表达的遗传机制并不清楚。本研究中，研究人员结合序列比对信息，发现黑种皮花生中AhTc1位于一个局部的染色体倒位区间内，倒位发生在AhTc1启动子上游5kb位置，该SV可能与AhTc1的高表达相关。研究针对该结构变异设计并开发了高连锁 PCR标记，为后续黑种皮性状的分子辅助选择与材料筛选提供了有利工具支撑。

针对白色种皮的形成机制，研究团队利用 BSA-seq分析，在 Chr02 与 Chr12 上定位到两个显著 QTL，并将候选基因确定为分别位于 A/B 亚基因组的同源基因：AhWSC1a（Chr02）与AhWSC1b（Chr12）。两个基因编码拟南芥TT8 的同源bHLH转录因子。当AhWSC1a/1b同时发生突变时时，种皮色素沉积被“关停”，形成经典的白种皮表型。进化分析显示，AhWSC1a的突变可能是在亚基因组间的重组导致。转录组分析显示，在白种皮材料中，花青素/原花青素通路的“晚期结构基因”表达被显著抑制，尤其AhDFR、AhLDOX等转录本几乎检测不到；而在黑种皮和粉种皮材料中，这些代谢通路相关基因整体上调。利用烟草双荧光素酶实验表明AhTc1和AhWSC1可能协同激活AhDFR、AhLDOX的表达。AhDFR、AhLDOX可能是AhWSC1的直接下游基因。

黑种皮中AhTc1表达上调可能与结构变异（SV/倒位）有关；然而在携带该结构变异的背景下，如果导入ahwsc1a/1b双突变，不仅花青素/原花青素仍被阻断，AhTc1的表达也会被显著抑制，说明AhWSC1不仅参与下游激活，还可能影响AhTc1在种皮中的有效表达与功能发挥。在毛状根体系中，由于AhWSC1在该体系转录沉默，即便过表达AhTc1，AhDFR/AhLDOX仍几乎不表达；相反，一些类黄酮代谢早期通路基因（如AhCHS、AhC4H、AhF3H等）可被显著上调。这一对照实验清晰表明：AhWSC1是花青素/原花青素晚期通路不可替代、且具“限速/枢纽”特征的关键调控因子。

上述研究由山东省花生研究所与山东农业大学、临沂大学、日照农业科技服务中心、烟台大学等多个单位的研究人员联合完成。研究获得了山东省重点研发计划（农业良种工程）、山东省自然科学基金、国家自然科学基金等资助。山东省花生研究所助理研究员陈光辉博士为论文第一作者，张建成、袁美为共同通讯作者。上述研究为彩色花生新品种选育工作提供了重要理论和技术支撑，具有重要意义。

（撰稿：陈光辉    核稿：张建成）

附图  花生种皮颜色的调控机制解析

        （A）不同种皮颜色的花生花青素靶向代谢组分析；（B）黑色种皮颜色相关的染色体倒位及分子标记开发；

        （C）白色种皮决定基因的BSA分析，（D）AhWSC1对拟南芥突变体的互补；

        （E）AhWSC1与其他蛋白的互作；（F）花生种皮颜色形成的分子机制。