中国农科院黄泽军研究组在番茄果实花色素苷合成调控中取得新进展

近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所农业部园艺作物生物学与种质创制综合性重点实验室黄泽军研究组发现番茄果实花色素苷着色位点atroviolacium新的候选抑制基因R3 MYB。研究结果于2017年11月25日在线发表于《Journal of Experimental Botany》。

中国农科院黄泽军研究组在番茄果实花色素苷合成调控中取得新进展

花色素苷是一类具有生物活性的类黄酮化合物,其在植物中起着重要的生物学作用,例如吸引传粉者和种子传播者;抵御病原体、紫外线(UV)、高强度光、机械损伤、低温和干旱等胁迫(Gould,2004;Albert等,2009;Olsen等,2009;Zhang等,2013)。花色素苷是许多蔬菜和水果红色、紫色和蓝色的主要着色物质(Barrett等,2010;Jaakola,2013)。花色素苷被认为对人体健康具有一定益处(He和Giusti,2010;Li等,2017)。

花色素苷生物合成调控已在许多植物中得到广泛研究,包括两类基因,即结构基因和调控基因(Dooner等,1991;Springob等,2003;Koes等,2005)。结构基因编码酶直接参与花色素苷的生物合成,包括苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆酰CoA连接酶(4CL)、查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、黄烷酮3-羟化酶(F3H)、类黄酮3’5′-羟化酶(F3’5’H)、二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)及花色素合成酶(ANS)(Holton和Cornish,1995;Springob等,2003)。花色素苷生物合成受几类转录因子(TF)调控,包括MYB、bHLH和WDR蛋白。这些转录因子可形成蛋白复合体(MBW)正调控结构基因的表达(Bulgakov等,2017;Xu等,2015)。此外,两类不同的MYB转录因子负调控花色素苷的产生,即R3-MYB和R2R3-MYB,它们分别含有一个或两个重复的MYB结构域(Aharoni等,2001;Dubos等,2008;Matsui等,2008;Zhu等,2009;Paolocci等,2011;Albert等,2014)。

番茄(Solanum lycopersicum)是世界上最重要的蔬菜作物之一,其为植物分子生物学研究良好的模式物种(Kimura和Sinha,2008)。花色素苷通常在番茄营养组织中积累。

野生番茄Solanum cheesmaniae的atv(atroviolacium)基因位点与Aft(Anthocyanin fruit)或Abg(Aubergine)基因位点共存时,可增强番茄果实中花色素苷的积累。在本研究中,atv位点被定位到7号染色体上约5.0 kb的区间。在此区间中鉴定出一个R3 MYB阻遏因子,命名为SlMYBATV。在SlMYBATV编码区有一段4 bp的插入,预测会导致移码突变和蛋白质截短。通过番茄全基因组分析,其它候选阻遏花青素生物合成的R3 MYB和R2R3 MYB也被鉴定出。转录水平分析表明,番茄SlMYBATV突变体花色素苷生物合成途径中的大部分结构基因和几个调控基因均上调表达。以上研究结果为阐明番茄果实花色素苷积累的分子机制提供了一定的线索,同时为应用分子标记辅助选择技术培育花色素苷丰富的番茄栽培品种提供了新的思路。

中国农科院黄泽军研究组在番茄果实花色素苷合成调控中取得新进展

Fig. 1. Anthocyanin accumulation in the fruit of different tomato genotypes.

中国农科院黄泽军研究组在番茄果实花色素苷合成调控中取得新进展

Fig. 2. Fine-mapping of the atv locus.

中国农科院黄泽军研究组在番茄果实花色素苷合成调控中取得新进展

Fig. 4. Phylogenetic analysis of SlMYBATV and the other MYB repressors.

中国农科院黄泽军研究组在番茄果实花色素苷合成调控中取得新进展

Fig. 5. The anthocyanin biosynthetic pathway (modified from Povero et al., 2011).

中国农科院黄泽军研究组在番茄果实花色素苷合成调控中取得新进展

Fig. 7. A putative model of the anthocyanin gene regulation network in the peel of tomato fruit.

发表评论

邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据