不同光质条件下紫色芹菜花青素响应机理分析

光质是影响植物花青素合成的重要环境因子,为了分析光质对紫色芹菜中花青素积累及其合成基因的响应机理,以紫色芹菜为材料,测定了不同光质处理紫色芹菜叶柄花青素含量,并利用实时荧光定量PCR方法测定了9个花青素合成相关基因在叶柄中的表达水平。研究结果表明,蓝光处理下芹菜叶柄的花青素含量是对照的1.23倍。AgPAL、AgC4H、AgCHS、AgCHI、AgF3H、AgF3'H、AgDFR、AgANS和Ag3GT等基因在蓝光条件下表达量均显著高于其他光质条件,这些基因的表达与叶柄花青素含量的变化相似且高度正相关。本研究结果为后续在设施条件下生产并开发富含花青素的紫色芹菜提供理论参考。     

马铃薯储藏期花青素变化及合成相关基因表达分析

目前植物花青素合成机理研究深入,但花青素降解机制及组分变化研究鲜少。储藏过程对彩色马铃薯品质影响较大,然而关于储藏期间马铃薯块茎中花青素含量及组分变化的规律及机制研究尚不完全清楚。本试验测定了不同储藏期间的2种彩色马铃薯的花青素含量、组分,还原糖含量。同时,利用qRT-RCR对花青素代谢相关基因(StPAL、StC4H、St4CL、StF3’H、StDFR、StUFGT、StF3’5’H、StAN1和StbHLH1)表达量进行分析。结果表明,随着储藏时间延长,花青素的总含量下降,主要组分减少,所有基因表达量均降低(黑金刚中StDFR例外),变化规律与花青素的降解规律基本一致;还原糖储藏期间缓慢升高可能影响花青素变化。本试验研究结果对彩色马铃薯储藏期间花青素含量的保持具有指导意义,可为彩色马铃薯品种的选育及资源的合理利用提供理论参考。     

风信子不同花色品种花青素苷含量及相关基因表达分析

风信子为百合科风信子属多年生球根花卉,其花色变异非常丰富。本研究以8个不同花色的风信子品种为研究材料,从生理和分子角度分析了风信子花色差异的机制,结果显示所测风信子品种花瓣中均不含类胡萝卜素,粉、紫、红、蓝和黑色品种中含有花青素。其中黑色品种‘黑巴克’花瓣中的花青素含量最高。粉、紫和蓝色品种中均只含有天竺葵素衍生物(Pg),‘黑巴克’中含有飞燕草素衍生物(Dp)和芍药素衍生物(Pn)。通过转录组测序得到了‘黑巴克’中花青素代谢结构基因和主要调节基因的序列,采用qRT-PCR分析其在白、红、蓝和黑色四个色系品种中的表达模式。研究结果表明,HoF3H、HoMYB4、HoMYB6和HoMYB7为影响风信子花青素积累的关键基因,HoDFR2是红、蓝色花中特异表达的基因,有可能和Pg合成相关,而HoF3'5'H1、HoFOMT2是影响黑色花中芍药色素合成的关键基因。本研究结果对于深入理解观赏植物花色形成和分支机制具有一定的理论意义。     

红掌‘Arizona’佛焰苞颜色部分突变的原因初探

本研究以红掌红色品种‘Arizona’的一个有一半面积发生颜色由深红色突变为橙红色的佛焰苞为材料,将突变部位与正常部位对比,利用英国皇家园艺学会比色卡(RHSCC)和分光色差计比较了颜色差异,采用高效液相色谱(HPLC)分析了类黄酮色素的组成和含量变化,并通过实时荧光定量PCR分析了花青素合成途径关键酶基因的相对表达量变化。结果显示:与正常部位相比,突变部位的颜色变浅,彩度提高,偏向橙-红色;花青素苷组成由3个变为2个,以天竺葵素3-芸香糖苷为主(相对含量96.31%),未检测到芍药花素3-芸香糖苷,总花青素苷含量明显降低;黄酮苷和黄酮醇苷的组成未见变化,但总含量有所下降;关键酶基因除CHS略有上调外,F3H、DFR、ANS和F3'H表达量均发生不同程度的下调,其中ANS表达下调幅度最大,不到正常部位的1/7。研究结果表明‘Arizona’佛焰苞颜色突变是由于花青素合成关键酶基因表达量下调,使花青素苷组成发生变化,总含量降低,进而引起颜色变化。研究结果可为阐明红掌佛焰苞颜色调控的分子机制以及利用基因工程技术改良红掌佛焰苞颜色提供依据。     

红肉猕猴桃果实发育期不同果肉部位比较转录组分析

红肉猕猴桃中果皮和内果皮在果实发育不同时期色泽变化模式有显著差异,但目前对于其内在的分子调控机制尚不清楚。本研究中,利用高通量测序技术,对红肉猕猴桃(‘红实2号’)中果皮与内果皮4个不同发育时期(开花后0 d, 28 d, 75 d, 157 d,分别标注为T1时期, T2时期, T3时期, T4时期)的样本进行转录组测序。经去除低质量数据后,得到Clean reads数目为2 192～4 331万,检测到的基因数目为24 607～29 170个。在(log2 Ratio)≥1和FDR<0.05阈值下,中果皮和内果皮在T2、T3、T4时期检测到的差异基因数目分别为1 880个、4 799个、7 346个和4 31个、1 493个、7 700个。KEGG分析显示这些差异表达基因被富集到68个代谢途径,包括DNA复制、RNA转运、蛋白质输出、植物激素信号转导、类黄酮生物合成、花青素合成、淀粉与蔗糖的代谢等。此外我们还鉴定到13个花青素合成相关基因差异表达,大部分基因的表达量随果实的发育呈现下降趋势,这一结果与花青素含量变化模式相吻合。本研究不仅深化了对猕猴桃果实成色差异机理的认识,还对今后的彩色猕猴桃选育种工作有一定的帮助。     

光照对非光敏型茄子花青素合成相关基因的影响

以‘FGM’茄子品种(非光敏型)为实验材料,应用Real-Time PCR技术,分析套袋处理对茄子果皮花青素合成的关键酶基因(SmCHS,SmDFR,SmCHI,SmF3'H,SmF3'5'H,SmANS)和转录因子(SmMYB1,SmCOP1)表达水平的影响。结果表明,与对照未套袋果皮相比,SmCHI、SmF3'H和SmANS基因的表达量在套袋处理后没有显著变化,但是SmCOP1、SmCHS、SmDFR、F3'5'H四个基因在套袋处理后表达量明显降低,而SmMYB1基因的表达量在套袋处理后表达量上升,对比分析光敏型茄子的花青素合成相关基因的表达模式,SmMYB1和SmCOP1两个基因在光敏性差异显著的两个品种中表达模式截然相反,这些基因可能与光照对花青素合成的调控作用有关。     

甜瓜CmMYBL基因调控类黄酮合成的功能分析

MYB类转录因子对植物的次生代谢具有重要的调控作用,广泛地参与了类黄酮代谢途径,在植物果实品质调控及抗病性中发挥作用。本研究以甜瓜品种河套蜜瓜(Cucumis melo L. cv Hetao)为试材,对转录组数据中甜瓜果实成熟期高表达的CmMYBL (v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog like gene)(MELONOMICS登录号:MELO3C003633)基因进行了克隆。利用实时荧光定量PCR技术对其在甜瓜果实发育成熟中的表达模式进行了分析,同时构建了基因的超表达及RNAi表达载体,利用子房注射法转化了甜瓜,经PCR及RT-qPCR方法检测,已经分别获得了2个转基因甜瓜株系。定量分析结果显示,该基因随着果实的成熟其表达量逐渐增加,在成熟时达到最大。对T2代转基因果实中类黄酮合成相关基因分析显示,超表达果实中查尔酮合成酶基因CmCHS (Chalcone synthase)、查尔酮异构酶基因CmCHI (Chalcone isomerase)和黄烷酮-3-羟基转移酶基因CmF3H (Flavanone-3-hydroxyltransferase)的表达量显著高于对照果实,而RNAi果实中CmCHS和CmCHI的表达量显著低于对照果实,CmF3H的表达量略低于对照果实。类黄酮含量分析显示,超表达CmMYBL基因的甜瓜果实中类黄酮含量显著增加,而RNAi果实的类黄酮含量相对较低。本研究初步鉴定出CmMYBL基因对甜瓜类黄酮的合成具有促进作用,为甜瓜类黄酮合成调控的研究提供了理论基础,同时为提高甜瓜果实品质的基因工程提供候选基因。     

‘贵紫麦1号’GzA BI5-3A3基因的克隆及在烟草中的功能分析

ABI5在植物种子休眠与萌发、生长发育、花青素合成以及对逆境胁迫的响应等诸多生物学过程中起着重要作用。而大量研究表明ABI5参与种子休眠与萌发,少有研究表明ABI5参与花青素合成。为了探究ABI5转录因子参与调控小麦花青素合成,本研究从‘贵紫麦1号’中扩增得到Gz ABI5-3A3的c DNA全长。其启动子顺式元件分析结果表明Gz ABI5-3A3可能参与调控植物生长、光合作用、开花及种子萌发和花青素累积的生物学过程。蛋白质系统进化树分析表明,Gz ABI5-3A3与小麦中Ta ABI5D-SH-31、Ta ABI5D-SH-23和Ta ABI5D-SW-23同源。本研究进一步构建Gz ABI5-3A3基因的过表达载体PBI121-Gz ABI5-3A3,用于烟草遗传转化,共获得8个烟草转基因株系。本研究对Gz ABI5-3A3过表达转基因株系进行研究发现,转基因烟草株系L4、L7和L15苗期叶片中花青素含量显著低于野生型,其花青素合成途径的结构基因Nt PAL、Nt DFR、Nt ANS和Nt CHS的表达量显著下降。研究结果表明Gz ABI5-3A3能够通过调控花青素合成途径结构基因的表达来负向调控植物花青素的合成,为后续研究Gz ABI5-3A3调控花青素合成的分子机制提供研究基础。     

象草叶片和茎秆木质素合成相关基因的表达模式分析

为了系统地研究象草茎叶中木质素合成相关基因的表达模式,以N51象草为试验材料,测定了象草茎秆倒数第一、第三、第五节间以及倒数第一、第三、第五、第七和第九叶片的木质素含量及相关合成基因的表达量。结果表明,在成熟象草中,木质素含量在茎和叶垂直的空间结构中由上到下逐级递增。实时荧光定量PCR表达分析显示,不同木质素合成基因的表达表现出了组织特异性,叶组织的COMT、C3H和HCT4基因表达量显著低于茎组织,如COMT在倒五节间的表达量最高,约为叶片中表达量的6倍,而4CL和F5H基因在叶组织中却显著高于茎组织,如4CL在倒九叶的表达量最高,约为倒一节间表达量的14倍。关联分析结果表明,茎秆中的木质素含量与F5H、HCT4以及CCoAOMT基因的表达呈正相关,与C3H基因的表达呈负相关,而叶片中的木质素含量与4CL基因的表达呈正相关,C4H、COMT、HCT4以及CCR基因的表达呈负相关。该结果可以说明不同的木质素合成酶在不同的组织中呈现表达差异,并且在不同组织中,合成的主要木质素也不同。     

红麻HcKAN4基因克隆、表达及在类黄酮合成中的功能

MYB类转录因子KAN4 (KANADI4)在红麻类黄酮合成和纤维发育中发挥着重要作用。本研究以红麻品种‘福红952’为材料,对HcKAN4基因进行克隆和表达模式分析,探讨TRV-VIGS诱导该基因沉默对类黄酮合成途径中关键酶基因表达量改变的影响。基因克隆显示, HcKAN4基因开放阅读框(open reading frame, ORF)全长为966 bp,编码322个氨基酸,包含一个MYB保守结构域。进化树分析发现,其与拟南芥和木槿KAN4s的亲缘关系较近。表达分析表明,该基因在红麻不同组织中均有表达,且转录水平随着植物生长而递增。VIGS诱导基因沉默显示, 6株HcKAN4的转录水平显著下调,达到基因沉默效果。进一步实时荧光定量PCR检测发现,类黄酮合成相关基因HcCHS、HcF3’5’H、HcANS、HcANR的转录水平显著下调,分别是对照组的0.51、0.14、0.23、0.11倍,表明HcKAN4基因可调控红麻类黄酮生物合成相关基因。这些结果为阐明红麻MYB转录因子调控类黄酮合成提供了依据,同时为改善纤维品质提供了研究思路。     

水稻花色苷含量及合成结构基因的差异表达研究

水稻花色苷的生物合成受许多因素影响,而控制关键酶的结构基因是最主要的因素。针对2个红米材料和2个白米材料,采用实时荧光定量的方法,对合成水稻花色苷的结构基因( OsPAL 、 OsCHS 、 OsCHI 、 OsF3H 、 OsF3′H 、 OsDFR 、 OsANS 、 OsF3′5′H 、 OsUFGT )在茎、叶及种子发育过程中的相对表达水平进行了测定。结果表明:1) OsPAL 、 OsCHS 在水稻的茎、叶和种子中表达, OsCHI 在白米恢复系蜀恢498和白米株系的组织中均有表达,是花色苷合成的组成型基因;其它基因在参试材料的茎、叶和种子中的表达量不同,具有组织特异性。2)在红米品种贵红1号和红米株系开花后7~28 d的花色苷含量逐渐增加,而白米恢复系蜀恢498和白米株系的花色苷含量逐渐下降;这些基因在红米品种贵红1号和红米株系的前中后期均有表达且表达量较高, OsCHS 在红米品种贵红1号种子发育过程中的表达量逐渐增加;这些基因在白米恢复系蜀恢498和白米株系开花后7~28 d的前中期表达量较低,后期急剧降低。表明这些基因的表达量与其花色苷的含量动态变化相同,对花色苷的积累有一定的作用。3) OsPAL 、 OsCHS 表达量与红米品种贵红1号花色苷含量呈显著正相关, OsF3H 表达量与白米株系花色苷含量呈显著正相关, OsPAL 表达量与红米株系花色苷含量呈显著正相关, OsCHI 、 OsF3′5′H 、 OsUFGT 表达量与红米株系花色苷含量呈极显著正相关。研究表明,这些基因在参试材料的茎、叶和种子开花后7~28 d前中后期的差异表达,可能是造成它们着色差异的主要原因。 OsPAL 、 OsCHS 是红米品种贵红1号籽粒花色苷合成的关键基因, OsF3H 在白米株系籽粒发育过程中扮演重要的角色, OsPAL 、 OsCHI 、 OsF3′5′H 、 OsUFGT 在红米株系籽粒花色苷积累中起重要作用。     

秋季不同色泽五叶地锦叶片生理生化特性的研究

为明确秋季不同叶色五叶地锦叶片的生理差异,以秋季同一植株上红色、中间色、绿色三种颜色的五叶地锦叶片为试材,测定了叶片中色素物质含量、酶活性以及叶片可溶性内含物的含量,结果表明:在红色叶片中,叶绿素含量较低,PAL、POD酶活性较高,花青素苷/叶绿素的比值较大,从而使R/G的值增大,叶色显现红色;而在绿色叶片中,叶绿素含量较高,PAL、POD酶活性较小,花青紊苷/叶绿素的比值较低,R/G的值降低,叶片显现绿色.通过可溶性内含物测定可知,在红色叶片中的可溶性糖和蛋白质含量相对较高,与花青素苷/叶绿素的比值达到显著相关水平,表明这些内含物的积累有利于花色素苷的合成.     

红叶山茶(Camellia japonica)叶片色素含量与叶色参数的相关性分析

以3个红叶山茶品种‘红叶黑魔法’、‘黑魔法’和‘黑蛋石’为试验材料,分别测定叶片不同发育阶段叶绿素、类胡萝卜素、总花青苷含量及叶色参数L~*、a~*、b~*值,并通过相关性分析探讨叶色参数与叶片色素含量变化之间的关系。结果表明,首先,3个不同发育阶段叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量呈上升趋势,不同品种同一发育阶段的色素含量相近。‘红叶黑魔法’和‘黑蛋石’叶片总花青苷含量在新叶展开10 d左右达到最大值,此后极显著下降,而‘黑魔法’叶片的花青苷含量则变化不大。其次,从色素比值来看,在新叶展开10 d时,花青苷的所占比值最大,‘红叶黑魔法’和‘黑蛋石’的花青苷比值分别达到87.88%和79.08%,极显著地高于叶绿素所占比值。到50 d时,花青苷比值下降至31.74%和23.68%,且3个品种花青苷含量相近,而叶绿素和类胡萝卜素比例则显著增加,这一结果较好地解释了这3个品种叶片的呈色变化,说明花青苷含量及其各种色素含量的比例变化是导致红叶山茶叶色变化的主要原因。最后,3个品种的a*值均与花青苷含量呈显著正相关,而与叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素呈负相关,a~*值可作为描述红叶山茶品种叶色变化的代表性参数。     

基于采后转录组的香菇密码子偏好性分析

以香菇基因组数据为基础,对其细胞核基因组的密码子偏好性及偏好性形成因素进行分析。香菇细胞核编码基因的GC含量为48.66%,同义密码子第3位中碱基T（T3s）的出现频率最高（36.07%）,同时高表达基因的GC、GC3以及GC3s含量均显著高于基因组水平;相关性分析结果显示基因表达与序列C3s含量、GC3、GC3s、GC含量、C含量以及CAI呈显著正相关;香菇基因组编码序列中共29个高频密码子,结合转录组筛选高表达和低表达基因的基础上鉴定出16个最优密码子;偏好性形成影响因素分析表明,香菇基因组密码子偏好性形成受中性突变和选择压力影响。本研究可以为采后香菇关键基因功能解析,开展香菇采后品质劣变机制研究提供参考。     

马铃薯块茎花色素苷合成相关R2R3 MYB蛋白基因的克隆和功能 分析

植物花色素苷的合成代谢受转录因子的调控, 其中R2R3 MYB为最主要的转录调控因子。本研究以彩色四倍体马铃薯为试材, 克隆了R2R3 MYB基因家族里调控马铃薯块茎花色素苷合成R2R3 MYB-StAN1的3个同源基因, 并利用生物信息学分析、稳定烟草遗传转化、qPCR等方法对这3个同源基因的结构和功能进行分析和鉴定, 结果表明, 这3个同源基因均含有R2和R3保守结构域, 其主要差别在于C端由10个氨基酸序列组成的重复结构(R)数目不同, 根据R数目将其分别命名为StAN1-R0、StAN1-R1和StAN1-R3, 其蛋白分子量分别为28 047.91、29 458.35和31 527.60 Da, 等电点(pI)分别为6.14、6.90和8.39, 均为亲水蛋白。通过转化烟草发现, 转入StAN1-R0、StAN1-R1和StAN1-R3后, 烟草叶片叶色变化明显, 其中转StAN1-R1烟草叶色呈深红色, 其叶片花色素苷含量最高。进一步利用qPCR分析表明, 外源StAN1使烟草叶片花色素苷合成代谢途径的关键基因(NtCHS、NtCHI、NtF3H、NtF3’H、NtDFR、NtANS、NtUFGT)上调表达, 同时烟草内源NtbHLH基因的表达显著上升; StAN1-R1可以高效地调控烟草内源NtbHLH基因和结构基因NtDFR和NtANS的表达。结果表明, StAN1的3个同源蛋白均可以调控花色素苷的合成, 而只含一个重复序列R的StAN1调控花色素苷合成的能力最强。     

Increased anthocyanin content in purple pericarp × blue aleurone wheat crosses

Due to their antioxidant activity, anthocyanins are of increasing interest for nutritionists, food scientists and plant breeders. Anthocyanins in wheat grains are expressed in either the pericarp or aleurone layer. Previous studies revealed that different anthocyanins are present in wheat varieties carrying genes for either the purple pericarp or the blue aleurone trait. Progeny from crosses between red‐, purple‐ and blue‐grained wheat varieties were selected over several cycles for grain colour by visual scoring. Bulked F₅ grains were evaluated for their total anthocyanin content by UV‐VIS spectrophotometry and HPLC‐MS. The results demonstrate that it is possible to increase the anthocyanin content by the combination of the different genetic backgrounds for purple pericarp and blue aleurone, even though the majority of progeny were within the range of the purple‐ and blue‐grained check varieties. Visual scoring for grain colour is efficient, reliable and fast for selection in early breeding generations. Advanced breeding lines with high anthocyanin content can be identified by simple extraction methods and spectrophotometric measurements.     

苹果梨bHLH130基因的克隆与生物信息学分析

苹果梨套袋处理可使果实着红色,红皮梨色泽鲜艳,受到消费者及育种家的青睐,具有较高的商品价值。植物中b HLH是参与调控花青苷合成的转录因子,b HLH能够单独或与其它结构基因、调节基因作用进而促进花青苷的积累。通过前期转录组测序发现,影响花青苷的b HLH转录因子中b HLH130在不同时期表达具有差异。本试验成功克隆了b HLH转录因子家族中b HLH130基因。结果表明,b HLH130基因其全长为1 305 bp,编码434个氨基酸,理论等电点(p I)为7.00,为不稳定蛋白,含有HLH结构域。系统发育树显示,Pbb HLH130基因与梨、苹果亲缘关系最近。本试验结果为今后探究并验证b HLH130与花青苷之间的联系提供数据参考。     

An HPLC investigation of flower colour and breeding of anthocyanins in species and hybrids of Alstroemeria

The tepals of 28 Chilean species of Alstroemeria and 183 interspecific hybrids were analysed for anthocyanin content by high-performance liquid chromatography (HPLC). The anthocyanins were identified as 3-rutinosides of 6-hydroxydelphinidin, 6-hydroxyeyanidin, cyanidin, and delphinidin and 3-glyeosides of cyanidin and delphinidin, some of which were acylated with malonic acid. Comparisons of the anthocyanin contents in parents and offspring showed that no anthocyanidin or acylation pattern was dominant, and that offspring values were close to mid-parent values for the percentage of malonated anthocyanins, whereas the inheritance of cyanidin, 6-hydroxycyanidin, and delphinidin seems more complicated. Flower colour, hue, and intensity were measured by CIELab in fresh tepals and compared with their anthocyanin content and the estimated flavonoid concentrations. Colour intensity was positively correlated with anthocyanin concentration. Compared with flowers containing exclusively cyanidin 3-glycosides, the hues of flowers with delphinidin 3-glycosides were bluer and with 6-hydroxycyanidin 3-glycosides redder, respectively. Both malonation of anthocyanin and co-pigmentation with flavonoids caused a shift to bluish hues, irrespective of the anthocyanidins. By quantifying both chemical and colorimetric characteristics a model for the effect of anthocyanin on Alstroemeria flower colour was established. Breeding of new cultivars of Alstroemeria is discussed.     

植物花青素合成与调控研究进展

为了进一步阐述花青素在植物体内的合成机制,了解影响花青素合成的各类因子及其互作方式,本文归纳了调控花青素合成的内部因子和外部因素,总结了光、温度、糖类和激素等调控花青素生物合成的环境因素。围绕花青素的合成通路,就通路中的结构基因及其上游转录因子相关研究进行了总结。研究得出在植物中,各类外部因素和内在因子,通过主要的转录因子调控结构基因,影响花青素在植物体内合成与积累,维持植物体内花青素的动态平衡,这种调节机制既包括正向调控也包括负向调控。指出花青素的代谢途径逐渐完善,越来越多结构基因和转录因子的功能将被验证并被应用到观赏植物性状的基因工程改良的实践中。