不同环境下芝麻品质性状的遗传变异分析

崔向华, 周瑢, 徐桂真, 高德学, 唐雪辉, 张少泽, 梁俊超, 王林海

中国农学通报. 2023, 39(24): 43-49

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中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (24) : 43-49. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0998
农学·农业基础科学

不同环境下芝麻品质性状的遗传变异分析

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Sesame Quality Traits in Different Environments: Genetic Variation Study

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摘要

为了分析芝麻营养品质性状在不同生态环境下的变异特征,选用8个白芝麻品种,在全国13个试验点种植,应用高效液相色谱法(HPLC)和近红外光谱分析法(NIR)对其主要品质性状进行测定。结果表明,8个芝麻品种在13个试验点的平均含油率、油酸、亚油酸、棕榈酸、芝麻素和芝麻林素含量分别为55.43%、38.88%、46.16%、8.63%、4.56 mg/g和2.70 mg/g。含油率随着纬度的升高先逐渐升高然后降低,在襄阳试验点的含油率最高,平均为57.50%,且显著高于其他试验点;伊犁试验点芝麻素、芝麻林素平均含量最高,分别为5.58 mg/g和3.60 mg/g,其他试验点的芝麻素和芝麻林素含量总体表现为由北向南先升高再降低。说明襄阳适宜种植高含油率芝麻,伊犁适宜种植芝麻素和芝麻林素含量高的芝麻。

Abstract

To analyze the variations of sesame quality traits in different ecological environments, eight sesame varieties were planted in 13 experimental sites in China. The high performance liquid chromatography (HPLC) and near infrared spectrum (NIR) analysis were applied for quality evaluation. The results showed that the average contents of oil, oleic acid, linoleic acid, palmitic acid, sesamin and sesamolin of the 8 sesames were 55.43%, 38.88%, 46.16%, 8.63%, 4.56 mg/g and 2.70 mg/g, respectively. The oil content gradually increased and then decreased with the increase of latitude. Xiangyang site had the highest oil content, with the average of 57.50%, and it was significantly higher than those in other experimental sites. The average contents of sesamin and sesamolin in Ili site were the highest with the average of 5.58 mg/g and 3.60 mg/g, respectively. The sesamin and sesamolin contents in other experimental sites firstly increased and then decreased from north to south. It suggested that Xiangyang site was more suitable for planting sesame with high oil content, while Ili site was suitable for cultivating sesame with high sesamin and sesamolin contents.

关键词

芝麻 / 品质性状 / 含油率 / 木脂素 / 生态环境

Key words

sesame / quality traits / oil content / lignan / ecological environment

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崔向华 , 周瑢 , 徐桂真 , 高德学 , 唐雪辉 , 张少泽 , 梁俊超 , 王林海. 不同环境下芝麻品质性状的遗传变异分析. 中国农学通报. 2023, 39(24): 43-49 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0998
CUI Xianghua , ZHOU Rong , XU Guizhen , GAO Dexue , TANG Xuehui , ZHANG Shaoze , LIANG Junchao , WANG Linhai. Sesame Quality Traits in Different Environments: Genetic Variation Study. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2023, 39(24): 43-49 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0998

0 引言

芝麻(Sesamum indicum L.)因含油率高、品质优且稳定,被誉为“油料皇后”,广泛种植于中国、印度、苏丹等80多个国家或地区[1]。芝麻在中国种植广泛,以湖北、河南、安徽、江西等地为主产区[2]。当前中国推广的芝麻品种种子含油率一般为55%~58%[3],其脂肪酸组成以油酸和亚油酸这两种不饱和脂肪酸为主,含量占脂肪酸总量的80%左右[4]。不饱和脂肪酸是人体无法自身合成的必需脂肪酸,具有降低胆固醇、预防血管硬化等功效。同时,芝麻种子含木脂素类等功能性成分,包括芝麻素和芝麻林素等[5]。近年来,木脂素因其抗氧化性和医疗保健功能如保肝、抗癌、降血糖、降血压等,在世界范围内引起广泛的关注[6],芝麻也因此备受青睐,消费量大幅增加。
芝麻的营养成分含量在不同材料或品种间存在较大差异,受基因型影响较大。UZUN等[7]分析了103份土耳其不同品种的芝麻材料,结果表明含油率、脂肪酸含量均存在一定差异;梅鸿献等[8]对中国209份芝麻种质资源进行测定,发现脂肪含量变异幅度为42.02%~55.47%,平均为51.68%,变异系数为3.85%,多样性指数为2.01;贾斌等[9]对317份中国芝麻种质资源材料的含油量进行分析,发现含油率变化在43.02%~63.46%之间;周瑢等[10]对人工构建的芝麻群体含油率及脂肪酸含量进行分析,发现不同芝麻材料含油率变化在42.43%~58.38%之间。芝麻木脂素含量同样具有广泛变异。KIM等[11]对403份韩国芝麻进行分析,发现芝麻素含量变异范围为0.38~5.12 mg/g,平均为2.23 mg/g,芝麻林素含量变异范围为0.46~4.41 mg/g,平均为1.74 mg/g;RANGKADILOK等[12]对58份泰国芝麻资源的分析发现,芝麻素含量变异范围为0~7.23 mg/g,平均为1.55 mg/g,芝麻林素含量变异范围为0~2.25 mg/g,平均为0.62 mg/g;WANG等[13]分析了215份中国芝麻资源,其芝麻素含量变异范围为0.88~11.05 mg/g,平均为5.24 mg/g,芝麻林素含量变异范围为0.93~6.96 mg/g,平均为3.30 mg/g;许方涛等[14]利用HPLC检测62份芝麻材料,发现芝麻素含量变异范围为0.51~8.85 mg/g,平均3.56 mg/g,芝麻林素含量变异范围为0.72~3.22 mg/g,平均2.02 mg/g。芝麻品质除了受基因型控制外,环境因素也对其具有较大影响,KADKHODAIE等[15]研究发现基因型和不同水平干旱对芝麻含油率和脂肪酸组成均具有显著性影响;BARAKI等[16]对5个环境下收获的芝麻籽粒脂肪酸含量进行检测,发现不同环境下芝麻含油率存在较大变异;高锦鸿等[17]4个试验点种植212份芝麻品种资源,分析发现木脂素含量随着纬度的升高逐渐升高之后再降低。
中国幅员辽阔,芝麻种植区域广,自东北到海南皆有种植,不同环境种植的芝麻不仅产量不同,品质性状也随环境不同而变化,但相关研究还较少。本研究选取8个白芝麻品种,在全国选择13个不同生态环境下进行种植,收获后对芝麻种子中的含油率、油酸、亚油酸、棕榈酸、木脂素(芝麻素和芝麻林素等)含量等品质性状进行检测,比较分析不同芝麻品种间的品质性状差异,以及不同生态环境下的品质性状变化特征,目的在于解析芝麻品质性状在不同环境下的稳定性,寻找适宜优质芝麻种植区域,发掘品质稳定的芝麻品种,为优质芝麻生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源及种植方法

供试材料为具有代表性的8个白芝麻品种,分别为‘中芝11’、‘中芝20’、‘驻芝15’、‘中芝78’、‘漯芝22’、‘鄂芝5号’、‘鄂芝6号’和‘熊芝1号’。于2018—2019年在全国共13个试验点进行种植(表1),包括昌吉、伊犁、辽阳、石家庄、临清、驻马店、襄阳、武汉、肥东、长沙、进贤、贵阳和桂林,试验点涵盖了全国11个省份,具有较好的区域代表性。
表1 不同试验地点的经度、纬度、海拔和生育期平均气温
编号 试验地点 经度 纬度 海拔/m 生育期平均气温/℃
1 新疆昌吉(CJ) 87.308° 44.011° 935 22.7
2 新疆伊犁(YL) 81.324° 43.917° 662.5 21.1
3 辽宁辽阳(LY) 123.320° 41.270° 185.4 22.1
4 河北石家庄(SJZ) 114.540° 38.036° 78 25.3
5 山东临清(LQ) 115.722° 36.838° 38 24.7
6 河南驻马店(ZMD) 113.994° 32.973° 77 24.8
7 湖北襄阳(XY) 112.136° 32.045° 74 25.5
8 安徽肥东(FD) 117.469° 31.888° 11 25.7
9 湖北武汉(WH) 114.029° 30.582° 38 26.5
10 江西进贤(JX) 116.241° 28.377° 30 27.0
11 湖南长沙(CS) 112.986° 28.256° 32 27.0
12 贵州贵阳(GY) 106.623° 26.679° 1255 21.2
13 广西桂林(GL) 110.302° 25.314° 160 27.3
在每个试验点采用区组设计,每小区3行,行长2 m,行距为60 cm,株距为~20 cm左右,随机区组排列,管理方式按当地常规方法。成熟期按株系混合收获,自然风干后脱粒。

1.2 芝麻品质性状分析

芝麻素和芝麻林素提取及含量测定按照NY/T 1595—2008进行,即采用液相色谱法(HPLC)测定,每个样品重复测定2次,取平均值,若2次测定结果与其算术平均值相差10%以上,则再重复测定1次。芝麻木脂素总量为芝麻素和芝麻林素两者之和。
利用近红外光谱仪(FOSS,NIRS DS 2500)测定芝麻种子中的含油率、油酸、亚油酸和棕榈酸含量,每份材料重复测定3次,取平均值。

1.3 数据处理和分析

采用SPSS 20.0对试验数据进行统计分析,Microsoft Excel和R语言进行数据整理和作图。

2 结果与分析

2.1 测试芝麻品种品质性状的变异特征

本试验所用8个品种品质性状表现,基本代表了目前育成芝麻品种的基本特征。如表2所示,其含油率变化在49.46%~58.78%之间,平均为55.43%;油酸含量变化在34.12%~45.80%之间,平均为38.88%;亚油酸含量变化在40.05%~50.95%之间,平均为46.16%;棕榈酸含量变化在6.75%~10.07%之间,平均为8.63%;木脂素含量变化在5.08~9.61 mg/g之间,平均为7.26 mg/g;其中,芝麻素含量变化3.07~6.07 mg/g之间,平均为4.56 mg/g;芝麻林素含量变化在1.48~3.82 mg/g之间,平均为2.70 mg/g。总体上,木脂素、芝麻素和芝麻林素含量的变异系数大于含油率和脂肪酸含量,其中变异系数最大的是芝麻林素,为18.16%,芝麻素的变异系数次之,为15.79%。在含油率和脂肪酸含量性状方面,棕榈酸变异系数最大,为7.40%,油酸和亚油酸的变异系数次之,分别为5.95%和4.80%,含油率变异系数最小,为3.84%。
表2 芝麻不同品质性状的含量变异
性状 平均值±标准差 最小值 最大值 方差 变异系数/%
含油率/% 55.43±2.01 49.46 58.78 4.06 3.84
油酸/% 38.88±2.31 34.12 45.80 5.35 5.95
亚油酸/% 46.16±2.22 40.05 50.95 4.91 4.80
棕榈酸/% 8.63±0.64 6.75 10.07 0.41 7.40
木脂素 7.26±1.07 5.08 9.61 1.15 14.75
芝麻素 4.56±0.72 3.07 6.07 0.52 15.79
芝麻林素 2.70±0.49 1.48 3.82 0.24 18.16

2.2 不同品种间品质性状差异及稳定性分析

8个白芝麻品种的品质性状表现不同,且随不同种植环境变化表现一定差异。各品种含油率变化范围为54.78%~56.18%,平均含油率最高的为‘中芝11’和‘中芝20’,分别为56.10%和56.18%;‘漯芝22’平均油酸含量最高,为40.05%,其他品种的油酸含量在37.75%~39.97%之间;亚油酸含量变化范围为45.03%~47.04%,最高的是‘中芝11’和‘鄂芝5号’;芝麻素含量变化在4.24~4.88 mg/g之间,以‘中芝20’最高,其木脂素总量也高于其他品种。分析不同品种在13个种植环境的变异系数发现,‘中芝11’的木脂素含量、芝麻素含量和硬脂酸含量具有较低的变异系数,‘漯芝22’的含油率、油酸含量和芝麻林素含量变异系数最低,‘鄂芝5号’的亚油酸变异系数较低(图1),说明这些品种品质指标在不同环境中相对更加稳定,更宜于保持品质特性。
图1 不同芝麻品种品质指标变异系数

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2.3 不同种植环境下芝麻含油率及脂肪酸含量变化特征

随种植环境变化,测试芝麻的含油率、油酸、亚油酸和棕榈酸含量表现不同(图2表3)。从平均值上看,含油率的变化趋势为:随着纬度的升高先逐渐升高然后降低,在襄阳试验点的含油率最高,平均为57.50%,显著高于其他试验点,其次为驻马店、石家庄和贵阳试验点,伊犁、昌吉和辽阳三地的含油率显著低于其他试验点,其余试验点之间无显著差异。在较高纬度和较低纬度上,油酸含量相对较高,其中伊犁试验点的油酸含量为43.67%,显著高于其他试验点,其次为长沙、昌吉、进贤和武汉试验点。辽阳、临清、襄阳、贵阳、驻马店、桂林、长沙试验点的亚油酸含量显著高于其他试验点,在46.87%以上,伊犁和长沙试验点的亚油酸含量显著低于其他试验点,贵阳试验点表现出更广的亚油酸含量变异区间;棕榈酸含量的变化在这13个试验点之间的差异不大,桂林试验点的棕榈酸含量最高,为9.22%,伊犁、辽阳和昌吉试验点的棕榈酸平均相对较低,在7.02%~8.19%之间,其余试验点之间无显著差异。
图2 芝麻在不同试验点品质性状变异箱线图

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表3 不同试验点间芝麻品质性状的含量分析
地区 含油率 油酸C18_1 亚油酸C18_2 棕榈酸C16_0 木脂素 芝麻素 芝麻林素
新疆昌吉(CJ) 52.89±0.70f 41.31±1.87bc 44.17±1.56b 8.19±0.70c 7.23±1.08bc 4.50±0.43cdef 2.74±0.68bc
新疆伊犁(YL) 53.48±0.48f 43.67±1.06a 43.05±1.07c 7.02±0.21d 9.18±0.34a 5.58±0.22a 3.60±0.14a
辽宁辽阳(LY) 52.54±1.10f 37.85±1.24e 48.22±0.96a 8.12±0.69c 7.27±1.32bc 4.52±0.81cdef 2.77±0.51bc
河北石家庄(SJZ) 56.61±0.63bc 37.87±1.36e 46.87±1.34a 8.90±0.33ab 6.73±0.43cd 4.10±0.47fg 2.63±0.27c
山东临清(LQ) 55.10±1.63de 37.22±1.20e 47.97±1.18a 8.51±0.36bc 8.04±0.36b 4.99±0.33abc 3.06±0.25b
河南驻马店(ZMD) 57.04±0.85b 37.34±1.26e 47.22±1.02a 8.87±0.55ab 8.11±0.92b 5.03±0.52bc 3.08±0.42b
湖北襄阳(XY) 57.50±1.73a 36.94±1.05e 47.82±0.89a 8.76±0.44ab 7.85±0.46b 5.16±0.48ab 2.69±0.36bc
安徽肥东(FD) 56.25±0.74bcd 37.92±1.25e 46.89±1.05a 8.99±0.30ab 6.98±0.97cd 4.36±0.91defg 2.62±0.31c
湖北武汉(WH) 55.64±1.68cde 39.92±1.23d 44.91±1.17b 8.78±0.52ab 6.93±0.87cd 4.46±0.50cdef 2.47±0.39c
江西进贤(JX) 54.81±0.81e 40.28±1.01cd 44.52±1.02b 8.71±0.24ab 6.62±1.01cd 4.07±0.84fg 2.55±0.24c
湖南长沙(CS) 55.99±1.85bcde 41.71±1.37b 42.74±1.51c 8.83±0.56ab 6.20±0.69d 3.81±0.52g 2.39±0.32c
贵州贵阳(GY) 56.42±0.88bc 37.58±2.05e 47.52±2.24a 8.84±0.49ab 7.50±0.56bc 4.80±0.43bcde 2.68±0.34bc
广西桂林(GL) 55.73±0.61cde 37.64±1.35e 47.18±1.17a 9.22±0.27a 6.10±0.46d 4.28±0.28efg 1.82±0.23d

2.4 不同种植环境下芝麻抗氧化成分木脂素含量变化特征

在13个试验点中,8个品种的抗氧化成分木脂素总量、芝麻素和芝麻林素平均含量,以伊犁试验点含量最高,分别为9.18、5.58、3.60 mg/g(图2表3)。其他试验点的木脂素、芝麻素和芝麻林素含量在不同纬度地区的变化趋势为:随高纬度到低纬度先升高再降低。驻马店、临清、襄阳试验点的木脂素含量相对较高,在7.85 mg/g以上,在桂林和长沙试验地的木脂素含量相对较低,为6.10~6.20 mg/g,其余试验点之间无显著差异;其中,襄阳、临清、驻马店试验点的芝麻素含量相对较高,在4.99 mg/g以上,进贤、长沙和石家庄试验点的芝麻素含量相对较低,在4.10 mg/g以下,其余试验点之间无显著差异;驻马店和临清试验点的芝麻林素相对较高,分别为3.08 mg/g和3.06 mg/g,桂林试验点的芝麻林素含量较低,为1.82 mg/g,其余试验点之间无显著差异。

3 讨论

基因型、环境以及基因型与环境互作,是影响作物表型的主要因素,前人的研究主要集中在环境对芝麻产量性状的影响,对营养品质的分析还比较少。韩国学者SHIM等[18]将7个芝麻材料在5个环境下种植,发现环境对芝麻的产量性状具有较大影响。孟加拉国学者MALEK等[19]在7个不同环境下种植6个芝麻基因型,发现环境与基因型互作对芝麻单株蒴果和蒴粒数等产量性状具有显著影响,但影响程度随基因型变异。乌干达学者OKELLO等[20]在分析了不同环境对16个芝麻材料产量性状的影响,同样发现环境对产量性状产生显著影响,但也发现部分材料具有较高的环境稳定性。埃塞俄比亚学者FISEHA等[21]分析了不同芝麻基因型在不同环境中的适应性和稳定性,发现基因型、环境以及基因型×环境相互作用对单产均具有显著影响。BAUD等[22]研究认为,作物种子品质性状如含油量、脂肪酸含量等,除了受光合效率、物质转运及脂类代谢酶的作用之外,还受到光照、水分、温度等环境因素的影响[22]。ZENEBE等[23]分析了6个环境对20个芝麻材料含油量的影响,发现基因型、环境以及基因型×环境相互作用对芝麻含油量均具有显著影响,并发现其中6个材料具有较高和环境稳定性。甄志高等[24]通过对全国区域试验的参试芝麻品种的脂肪含量进行测定,分析其与气象因素之间的关系,发现日照时数是脂肪酸含量的主导因子,气温日较差也对芝麻脂肪酸含量有影响。高锦鸿等[17]在4个地点种植212份芝麻品种资源,发现芝麻木脂素含量存在随着纬度的升高逐渐升高之后再降低的趋势。魏广伟等[25] 在江西省3个不同土壤肥力试点对42个黑芝麻品种进行多年多点试验,发现鄱阳试点芝麻素平均含量最高,江西农业大学试点芝麻林素平均含量最高。以上研究表明环境因素对芝麻产量、株型、营养品质等性状都具有一定的影响。本研究为分析环境变化对芝麻品质性状的影响,选择了13个地点种植8个品种,同样发现随环境变化,不同品种品质指标表现不同,但也表现出一定的趋势。其中,含油率和亚油酸的变化趋势为:随着纬度的升高逐渐升高然后降低,湖北襄阳试验点的含油率显著高于其他试验点,其次为河南驻马店和河北石家庄;油酸含量以新疆伊犁和湖南长沙这两个试验点的油酸含量最高,其中新疆伊犁试验点的油酸含量显著高于其他试验点;亚油酸和棕榈酸含量的变化在这13个试验点之间的差异不大,只有新疆伊犁试验点的亚油酸和棕榈酸含量、湖南长沙试验点的亚油酸含量显著低于其他地点。木脂素、芝麻素和芝麻林素的含量在不同纬度地区的变化趋势比较一致,由北向南先升高再降低,新疆伊犁、山东临清、河南驻马店和湖北襄阳这个几个试验点的芝麻木脂素、芝麻素和芝麻林素含量显著高于其他试验点,而广西桂林试验点的木脂素和芝麻林素含量显著低于其他试验点,湖南长沙试验点的芝麻素含量最低。从上述研究结果来看,湖北襄阳是较理想的高含油率芝麻种植地,新疆伊犁、湖南长沙和新疆昌吉等适宜种植高油酸含量芝麻品种,新疆伊犁为较理想的高木脂素含量芝麻品种种植地。然而,因作物表型性状除了受基因型、光温、水分、区域环境等影响,不同地块的土壤结构、养分差异,也会在一定范围内改变其品质性状。尽管本研究所选试验点较多,其结果在一定程度上揭示了芝麻营养品质随环境变异趋势,但不同年份间、不同地块间随着土壤结构、养分差异、气候变化等,不同芝麻品种的营养品质仍会受到影响,因而,在选择适宜的区域种植芝麻时,还要考虑选择环境稳定性较强的品种。
对环境变化不敏感的品种或基因型有利于保持表型稳定性,维持营养品质的一致性,同时也赋予品种更广阔的环境适应性,对稳定产量和质量具有重要意义。本研究中的8个品种不仅含油率、油酸、亚油酸、棕榈酸含量、芝麻素、芝麻林素、木脂素等含量存在差异,且其随环境变化的变异幅度也不相同。其中,‘中芝20’和‘中芝11’的含油率较高,油酸含量方面,‘漯芝22’、‘驻芝15’和‘熊芝1号’的含量略高于其他品种,‘鄂芝5号’和‘中芝11’的亚油酸含量最高,‘中芝20’的木脂素、芝麻素和芝麻林素含量在8个品种中最高。‘漯芝22’的含油率、油酸含量和芝麻林素含量的变异系数较低,‘鄂芝5号’的亚油酸含量的变异系数较低,‘中芝11’的木脂素和芝麻素含量的变异系数较低,说明以上3个品种在不同环境条件下,品质性状相对稳定。综合来看,‘漯芝22’具有较高的油酸含量和较低的变异系数,‘鄂芝5号’具有较高的亚油酸含量和较低的变异系数,‘中芝11’木脂素和芝麻素变异系数较低。以上品种品质较好,或者具有较强的环境适应性,可以用于适宜区域引种,或用作育种亲本。

4 结论

本研究选用8个白芝麻品种在个13个试验点进行种植,分析了不同环境下芝麻品质性状的变异特征,结果表明,芝麻品质性状随不同环境的变化具有一定的规律性。其中,含油率随着纬度的升高先逐渐升高然后降低,芝麻素和芝麻林素含量总体表现为由北向南先升高再降低,襄阳适宜种植高含油量芝麻,伊犁适宜种植高芝麻素和高芝麻林素含量芝麻。测试品种中,‘漯芝22’的含油率、油酸含量和芝麻林素含量的变异系数较低,‘鄂芝5号’的亚油酸含量的变异系数较低,‘中芝11’的木脂素和芝麻素含量的变异系数较低,具有较强的环境适应性,可以用于适宜区域引种,或用作育种亲本。

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Sesame (Sesamum indicum) can accumulate over 60% oil in its seed. However, low oil content genotypes with an oil content of less than 50% are also observed. To gain insights into how genes shape this variation, we examined 22 seed and carpel transcriptomes from 3 varieties of sesame with high and low oil content.A total of 34.6~52.2% of the sesame genes were expressed with a RPKM greater than 5 in the 22 tissue samples. The expressed gene numbers tended to decrease in the seed but fluctuated in the carpels from 10 to 30 days post-anthesis (DPA). Compared with that of the low oil content sesames, the high oil content sesame exhibited more positive gene expression during seed development. Typically, genes involved in lipid biosynthesis were enriched and could distinguish the high and low genotypes at 30 DPA, suggesting the pivotal role of seed oil biosynthesis in the later stages. Key homologous lipid genes that function in TAG biosynthesis, including those that encoded glycerol-3-phosphate acyltransferase (GPAT), acyl-CoA:diacylglycerol acyltransferase (DGAT), and phospholipid:diacylglycerol acyltransferase (PDAT), were strengthened asynchronously at different stages, but the lipid transfer protein (LTP)-encoding genes, including SIN_1019175, SIN_1019172 and SIN_1010009, usually were highlighted in the high oil content sesames. Furthermore, a list of 23 candidate genes was identified and predicted to be beneficial for higher oil content accumulation. Despite the different gene expression patterns between the seeds and carpels, the two tissues showed a cooperative relationship during seed development, and biological processes, such as transport, catabolic process and small molecule metabolic process, changed synchronously.The study elucidated the different expression profiles in high and low oil content sesames and revealed key stages and a list of candidate genes that shaped oil content variation. These findings will accelerate dissection of the genetic mechanism of sesame oil biosynthesis.
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为了明确黑、白芝麻品种的品质性状及营养成分差异,选取317个国内芝麻种质材料,对其含油量以及蛋白质、脂肪酸、氨基酸、芝麻素、芝麻林素等主要品质成分含量进行测定,并根据种皮颜色对黑、白芝麻品种的品质指标差异及其相关性进行初步分析。结果表明,不同芝麻种质脂肪酸及氨基酸组分含量有很大差异,黑、白芝麻中含油量以及蛋白质、芝麻素、芝麻林素含量均有显著差异,其中白芝麻中芝麻素和芝麻林素含量均显著高于黑芝麻,黑芝麻中芝麻素含量与芝麻林素含量的相关性高于白芝麻。黑、白芝麻中氨基酸含量均以精氨酸和谷氨酸含量较高,且黑芝麻中异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸含量显著高于白芝麻。黑、白芝麻中含油量与芝麻素含量均呈极显著正相关,与花生酸含量呈极显著负相关。作为主要饱和脂肪酸,芝麻棕榈酸含量与油酸、花生酸含量呈显著正相关,而与亚油酸含量呈极显著负相关。不同种皮颜色芝麻品质指标有很大差异,黑、白芝麻中含油量与芝麻素含量呈极显著正相关关系,据此可实现高含油量、高芝麻素的同步改良,推动高含油量、高芝麻素含量芝麻新品种的培育。
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Triacylglycerols (TAGs) constitute a highly efficient form of energy storage. In seeds of angiosperms, they can act as a reserve of carbon and energy allowing to fuel post-germinative seedling growth until photosynthesis becomes effective. They also constitute the economic value of seeds in many crops. In the past years, extensive tools allowing the molecular dissection of plant metabolism have been developed together with analytical and cytological procedures adapted for seed material. These tools have allowed gaining a comprehensive overview of the metabolic pathways leading to TAG synthesis. They have also unravelled factors limiting oil production such as metabolic bottlenecks and light or oxygen availability in seed tissues. Beyond these physiological aspects, accumulation of TAGs is developmentally regulated in seeds. The oil biosynthetic process is initiated at the onset of the maturation phase, once embryo morphogenesis is achieved. A wealth of recent studies has shed new lights on the intricate regulatory network controlling the seed maturation phase, including reserve deposition. This network involves a set of regulated transcription factors that crosstalk with physiological signaling. The knowledge thus acquired paves the way for the genetic engineering of oilseed crops dedicated to food applications or green chemistry.
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致谢

本研究过程中还得到湖南省农业科学院作物研究所何录秋研究员、伊犁州农业科学院陈晓露博士、桂林市农业科学院张宗急研究员、贵阳市农业科学院魏忠芬研究员、江西省红壤研究所肖国滨研究员、山东省棉花研究中心宫慧慧老师等协助,在此一并致谢。

基金

现代农业产业技术体系建设专项“国家特色油料产业技术体系”(CARS-14)
农业农村部油料作物生物学与遗传育种重点实验室开放课题“黑芝麻种皮颜色主效调控基因鉴定与代谢通路分析”(KF2022002)
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