豆荚颜色会影响营养价值吗？

菜豆 （Phaseolus vulgarisL.）是我国重要的蔬菜种类和食用豆类之一，在我国种植广泛、地方品种繁多，资源丰富。同时具有表型特征差异大、基因组小和繁殖周期短等特点，是研究豆科植物基因功能的重要资源。

菜豆具有高蛋白、中淀粉、低脂肪及营养元素丰富等特点，是人类重要的植物蛋白来源。菜豆品种黄金勾豆荚果实呈浅黄色，嫩荚肉厚，纤维少，味甘甜等独特口感，是我国东北三省最具特色的菜豆品种之一。

菜豆黄金勾的小豆荚呈绿色，在豆荚长度约5-6 cm时即开始颜色转变，而后快速褪绿而呈浅黄色豆荚 （图1）。而在辐射诱变的黄金勾突变体库中出现较高比例的绿色豆荚突变体，该突变体的豆荚颜色随着生长一直保持绿色 （图1），这为研究黄金勾豆荚颜色变异提供良好材料。

图1 豆荚发育过程中豆荚颜色和叶绿素含量变化

A：豆荚不同发育时期；B、C：豆荚内部及横切表型；D：绿荚突变体多纤维表型；E、 F、G：豆荚叶绿素和类胡萝卜素含量测序；H、I：豆荚叶绿体结构观察

以野生型黄金勾及其绿色豆荚突变体为试材，对3个不同发育阶段的豆荚进行生理生化和组学分析。研究表明：随着豆荚的发育，叶绿素含量不断降低，在野生型黄金勾中下降速率更快（图1E-G）。

对叶绿素代谢通路分析发现，叶绿素降解基因PAO, CLH, SGR和RCCR随着豆荚发育表达量增加，尤其是RCCR基因在黄金勾绿色小豆荚中高表达，而在绿色豆荚突变体中其表达量极低（图2A-B），在其他绿色突变体株系（M729，M693和M756）中也得到相同结果（图2C-D），推测该基因是黄金勾豆荚褪绿的关键基因。另一方面，绿色豆荚突变体豆荚质地较硬，烹饪口感差，通过对纤维素含量进行测定，发现绿色豆荚突变体中纤维素含量显著高于野生型。且与野生型相比，绿色豆荚突变体中叶纤维素合成基因表达量上调。

图2 叶绿素代谢通路基因表达量变化

A、B：转录组测序揭示叶绿素降解基因表达变化；C：其他绿荚突变体M693，M756，M729豆荚叶绿素含量变化；D：其他绿荚突变体中叶绿素降解基因表达变化

类黄酮也被称为生物黄酮素，属植物次生代谢产物，是自然存在于植物中的多酚抗氧化剂，也是一种植物营养素，摄取含类黄酮丰富的食物与人体健康有着密切的联系。类黄酮物质尤其是异黄酮是在豆科作物中高含量的营养物质，为研究菜豆在豆荚发育过程中类黄酮物质变化，对不同发育时期豆荚进行代谢组分析。

研究表明：随着豆荚发育，很多类黄酮物质发生明显变化，且在野生型和绿色豆荚突变体间出现明显差异（图3A-E）。共检测到154种类黄酮物质，且随着豆荚发育，多数类黄酮物质含量降低（图3F）。在黄金勾中，柚皮苷，牡荆素-2-O-鼠李糖苷，异槲皮甙，槲皮素，山奈酚，紫云英苷和芒柄花苷含量较高。而木犀草素，芹菜素，李属异黄酮，鹰嘴豆素，黄颜木素在绿色豆荚突变体中含量较高。共检测到5中花青素类物质，且均是在野生型中含量高于绿色豆荚突变体（表1）。

图3 差异类黄酮代谢物的聚类热图，PCA和OPLS-DA分析

A：差异代谢物聚类分析；B： 差异代谢物的主成分分析（PCA）；C、D、E：差异代谢物OPLS-DA分析；F：不同比较组间差异代谢物数量统计

表1 野生型和绿荚突变体差异代谢物统计

该研究从生理和分子水平揭示了黄金勾豆荚褪绿的机制，并对豆荚发育过程中类黄酮物质进行代谢分析，为解析营养物质变化提供理论基础。

相关研究成果以题为 Enhanced chlorophyll degradation triggers the pod degreening of “Golden Hook”， a special ecotype in common bean(Phaseolus vulgarisL.) ，在 Frontiers in Genetics 发表。