中国农业科学 | 海南农科院庞强强和孙晓东课题组探析菜心减数分裂相关基因BrASY2参与植株耐热性的功能

菜心（Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee）属于十字花科芸薹属白菜的一种变种，食用器官主要为花薹和嫩叶，故而也被称作菜薹。作为新兴的大宗叶菜类蔬菜代表，菜心凭借生长迅速、口感爽滑脆嫩，以及丰富的营养价值，在市场上广受消费者喜爱。尽管菜心起源于我国岭南地区，但其自身更偏好冷凉气候环境，当外界气温超过30 ℃时，其正常生长发育就会受到影响，造成生长受限、菜薹变细、纤维化加重、产量下降等问题。受育种技术的长期困扰，市场上的菜心品种虽多，但多以常规品种为主，适应性强、抗性好的品种较少。为了满足菜心周年供应的需求，需要选育优良耐高温品种。

近期，海南省农业科学院蔬菜研究所/海南省蔬菜生物学重点实验室/海南省瓜菜育种工程技术研究中心庞强强和孙晓东课题组完成的题为“菜心减数分裂相关基因BrASY2参与植株耐热性的功能分析”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷11期正式发表。

该研究采用全基因合成的方法获得BrASY2全长，利用ExPASy ProtParam、ProtScale、SignalP-5.0、SOPMA、Swiss-Model和PlantCARE对其理化性质、信号肽、蛋白结构、顺式作用元件进行分析，使用MEGA 6.0构建系统发育树，采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术分析其在高温胁迫下的表达特性。分别构建酵母异源超表达载体pYES2-NTB-BrASY2和基因沉默表达载体pK7GWIWG2（I）-BrASY2，获得转基因酵母和沉默表达菜心植株，并进行耐热性功能分析。采用花药压片法对BrASY2沉默表达植株细胞减数分裂染色体行为进行细胞学观察。

本研究BrASY2长度为852 bp，编码283个氨基酸，蛋白相对分子量为69.16 kDa，理论等电点为5.09。

BrASY2的ORF序列及氨基酸序列

基因结构分析表明，其含有丰富的α-螺旋和无规则卷曲。信号肽预测发现，BrASY2为无信号肽的亲水性蛋白。系统进化分析表明，BrASY2与白菜、甘蓝型油菜同源性最高，亲缘关系更近。

BrASY2的生物信息学分析

顺式作用元件分析显示，BrASY2含有9个高温胁迫响应元件CAAT-box。

BrASY2顺式作用元件的分析

转录组数据分析表明，在高温胁迫前（0 h），BrASY2在热敏自交系CX7-3和耐热自交系CX1-7中的转录表达水平均较低；在高温胁迫6 h后，BrASY2在CX1-7中的转录表达水平均迅速上升，而在CX7-3中的表达量变化不明显。

BrASY2在高温胁迫处理下的表达水平

qRT-PCR结果显示，随着高温胁迫处理时间的延长，耐热自交系CX1-7叶片中BrASY2的表达量呈上调趋势，在处理后24 h时表达量最高，而在热敏自交系CX7-3中始终处于低水平表达状态，表达量无明显变化。

BrASY2在高温胁迫处理下的相对表达量

经酵母异源超表达分析，超表达酵母菌pYES2-NTB-BrASY2更耐高温，能够帮助酵母菌度过高温逆境。

高温胁迫下BrASY2过表达酵母菌表型图

BrASY2沉默表达分析表明，高温胁迫后，与对照植株相比，沉默表达植株的BrHsfA2、BrHsp90和BrMn-SOD的表达均受到抑制，植株叶片颜色变浅，叶绿素含量降低，相对电导率和H₂O₂含量升高，SOD活性下降。

BrASY2沉默表达和对照菜心叶片中BrASY2的表达分析

BrASY2沉默和对照菜心叶片中相关耐热基因的表达分析

BrASY2沉默表达植株和对照在高温胁迫前后的表型变化

减数分裂细胞学观察显示，与对照植株相比，BrASY2沉默植株减数分裂各时期的染色体行为均表现正常，减数分裂后期的均衡分裂细胞和四分体占比，均未表现出明显差异。

BrASY2沉默表达植株与对照植株减数分裂过程细胞学观察

该研究成功获得菜心BrASY2，BrASY2在菜心响应高温胁迫中发挥正向调控作用。

海南省农业科学院蔬菜研究所庞强强副研究员为该文第一作者，孙晓东研究员为通信作者。

该研究获得海南省科技专项-省属科研院所技术创新科研项目（SQKY2022-0011）、国家现代农业产业技术体系建设专项资金（CARS-23-G52）的资助。

全文链接：

《菜心减数分裂相关基因BrASY2参与植株耐热性的功能分析》

文献引用：

庞强强, 孙晓东, 陈贻诵, 周曼, 王亚强, 施国宾. 菜心减数分裂相关基因BrASY2参与植株耐热性的功能分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(11): 2239-2252.

PANG QiangQiang, SUN XiaoDong, CHEN YiSong, ZHOU Man, WANG YaQiang, SHI GuoBin. Heat Resistance Analysis of Meiosis Related Gene BrASY2 in Chinese Flowering Cabbage[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(11): 2239-2252.