【中科院之聲】豆莢顏色會影響營養價值嗎？
菜豆（Phaseolus vulgaris L.）是我國重要的蔬菜種類和食用豆類之一，在我國種植廣泛、地方品種繁多，資源豐富。同時具有表型特征差異大、基因組小和繁殖周期短等特點，是研究豆科植物基因功能的重要資源。
菜豆具有高蛋白、中淀粉、低脂肪及營養元素豐富等特點，是人類重要的植物蛋白來源。菜豆品種黃金勾豆莢果實呈淺黃色，嫩莢肉厚，纖維少，味甘甜等獨特口感，是我國東北三省最具特色的菜豆品種之一。
（圖片來自網絡）
菜豆黃金勾的小豆莢呈綠色，在豆莢長度約5-6 cm時即開始顏色轉變，而后快速褪綠而呈淺黃色豆莢 （圖1）。而在輻射誘變的黃金勾突變體庫中出現較高比例的綠色豆莢突變體，該突變體的豆莢顏色隨著生長一直保持綠色 （圖1），這為研究黃金勾豆莢顏色變異提供良好材料。
圖1 豆莢發育過程中豆莢顏色和葉綠素含量變化
A：豆莢不同發育時期；B、C：豆莢內部及橫切表型；D：綠莢突變體多纖維表型；E、 F、G：豆莢葉綠素和類胡蘿卜素含量測序；H、I：豆莢葉綠體結構觀察
以野生型黃金勾及其綠色豆莢突變體為試材，對3個不同發育階段的豆莢進行生理生化和組學分析。研究表明：隨著豆莢的發育，葉綠素含量不斷降低，在野生型黃金勾中下降速率更快（圖1E-G）。
對葉綠素代謝通路分析發現，葉綠素降解基因PAO, CLH, SGR和RCCR隨著豆莢發育表達量增加，尤其是RCCR基因在黃金勾綠色小豆莢中高表達，而在綠色豆莢突變體中其表達量極低（圖2A-B），在其他綠色突變體株系（M729，M693和M756）中也得到相同結果（圖2C-D），推測該基因是黃金勾豆莢褪綠的關鍵基因。另一方面，綠色豆莢突變體豆莢質地較硬，烹飪口感差，通過對纖維素含量進行測定，發現綠色豆莢突變體中纖維素含量顯著高于野生型。且與野生型相比，綠色豆莢突變體中葉纖維素合成基因表達量上調。
圖2 葉綠素代謝通路基因表達量變化
A、B：轉錄組測序揭示葉綠素降解基因表達變化；C：其他綠莢突變體M693，M756，M729豆莢葉綠素含量變化；D：其他綠莢突變體中葉綠素降解基因表達變化
類黃酮也被稱為生物黃酮素，屬植物次生代謝產物，是自然存在于植物中的多酚抗氧化劑，也是一種植物營養素，攝取含類黃酮豐富的食物與人體健康有著密切的聯系。類黃酮物質尤其是異黃酮是在豆科作物中高含量的營養物質，為研究菜豆在豆莢發育過程中類黃酮物質變化，對不同發育時期豆莢進行代謝組分析。
研究表明：隨著豆莢發育，很多類黃酮物質發生明顯變化，且在野生型和綠色豆莢突變體間出現明顯差異（圖3A-E）。共檢測到154種類黃酮物質，且隨著豆莢發育，多數類黃酮物質含量降低（圖3F）。在黃金勾中，柚皮苷，牡荊素-2-O-鼠李糖苷，異槲皮甙，槲皮素，山奈酚，紫云英苷和芒柄花苷含量較高。而木犀草素，芹菜素，李屬異黃酮，鷹嘴豆素，黃顏木素在綠色豆莢突變體中含量較高。共檢測到5中花青素類物質，且均是在野生型中含量高于綠色豆莢突變體（表1）。
圖3 差異類黃酮代謝物的聚類熱圖，PCA和OPLS-DA分析
A：差異代謝物聚類分析；B： 差異代謝物的主成分分析（PCA）；C、D、E：差異代謝物OPLS-DA分析；F：不同比較組間差異代謝物數量統計
表1 野生型和綠莢突變體差異代謝物統計
該研究從生理和分子水平揭示了黃金勾豆莢褪綠的機制，并對豆莢發育過程中類黃酮物質進行代謝分析，為解析營養物質變化提供理論基礎。
相關研究成果以題為 Enhanced chlorophyll degradation triggers the pod degreening of “Golden Hook”， a special ecotype in common bean (Phaseolus vulgaris L.) ，在 Frontiers in Genetics 發表。
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