擎天凤梨花色素合成关键基因CHS、F3'H和DFR的克隆及表达分析

擎天凤梨‘Ostsra’是一种观赏红色苞片为主的高档盆栽花卉。一般认为植物苞片的呈色物质除叶绿素外多来源于花色素,而CHS、F3'H和DFR是在花色素的合成过程中的关键酶。本研究采用采用简并引物及同源克隆法获得了881 bp的CHS基因,编码276个氨基酸的序列,GenBank登录号为KX364270;采用cDNA全长文库构建、EST批量测序及目标单克隆序列测通法,获得了F3'H和DFR基因。F3'H基因长1 176 bp,可编码325个氨基酸序列,GenBank登录号为KX364271;DFR基因长1 209 bp,可编码167个氨基酸的序列,GenBank登录号为KX364272。采用实时定量PCR法检测CHS、F3'H和DFR在‘Ostsra’苞片呈色过程中的表达变化,结果表明,3个基因在苞片变色过程中(绿苞-半红苞-全红苞)都呈现出递增的趋势,即随着苞片颜色的变深,3基因的表达量逐渐增加,全红状态时,表达量最高,而作为对照的绿叶,表达水平都是最低的。     

月季花芽分化形态观测及遮阴对其进程的影响

为研究月季花芽分化的进程及遮阴对其进程的影响,本实验以月季‘梅郎口红’(Rouge Meilland)为试验材料,采用体视显微镜观察法结合石蜡切片法,对正常光照和遮光(50%)下花芽分化过程进行形态学观察。本研究结果表明：月季花芽分化历时40 d,整体进程可分为花芽分化起始期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期、雌蕊原基分化期。可观察到,由于花瓣原基多次分化,是形成重瓣花的原因。不同花器起源于该花器原基边缘的分生组织细胞。本研究初步认为,遮光延缓了月季花芽分化的进程约7 d,也造成了部分花朵花瓣重瓣、雄雌蕊减少,花朵畸形和花径变小。两种方法在观察过程中保持一致,体视显微镜法更方便、快捷,更能体现空间特性,石蜡切片法烦琐、复杂,但能体现细胞排列情况且清晰度高。     

‘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。     

苦荞FtHY5基因克隆、生物信息学及参与花青素合成分析

HY5 (Elongated hypocotyl 5)转录因子是参与植物光形态建成的重要成员,并调控花青素的生物合成。本研究以苦荞‘晋荞2号’作为材料,利用PCR克隆其HY5基因的完整的CDS序列,并对FtHY5的理化性质、保守功能域、信号肽、亚细胞定位、亲/疏水性、蛋白质结构、系统进化等进行了生物信息学分析,此外还分析了其对苦荞芽菜花青素合成的影响。结果表明,FtHY5基因完整的CDS长度为507 bp,编码的蛋白分子量为18.434 kD,等电点为9.47,空间构象呈拉链形状,属于亲水性蛋白,含有信号肽,亚细胞定位在细胞核里。苦荞FtHY5蛋白的氨基酸序列与藜麦和甜菜的亲缘关系最近。FtHY5基因与花青素生物合成途径上的结构基因在光照条件下培养的芽菜中的表达水平均高于黑暗条件下的,说明Ft HY5可能调控这些花青素合成基因的表达水平,从而参与光诱导花青素合成的过程。综上所述,本研究结果将为进一步研究FtHY5调控苦荞芽菜花青素的生物合成的分子机理提供基础,同时也为利用该基因来改善苦荞芽菜的品质提供理论支撑。     

芒果二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因的克隆及其表达分析

二氢黄酮醇4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)是花青素代谢后期重要的酶,是决定花青素从无色到有色的关键调控点。本研究以‘贵妃’芒果的果实为材料,采用同源克隆的方法克隆得到了一个二氢黄酮醇4-还原酶DFR基因。该基因c DNA全长为1 260 bp,开放阅读框为987 bp,编码328个氨基酸。进一步扩增得到其基因组DNA,全长为3 022 bp,分析发现其含有五个内含子,在已报道植物中表现保守。系统发育分析发现芒果DFR蛋白与火鹤花、小麦和大麦等植物具有较近的亲缘关系。对不同着色的果皮中的DFR基因表达进行分析发现,绿色果皮中表达量较高,而黄色果皮中表达量较低,暗示DFR调控花色苷合成的功能待深入研究。     

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。     

双色鸳鸯美人蕉中花青素合成关键基因的克隆与表达分析

本研究以双色鸳鸯美人蕉为试材,采用RT-PCR技术扩增查尔酮合成酶基因(CHS)及二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)序列,并利用RT-q PCR技术检测CHS、DFR及查尔酮异构酶基因(CHI)在双色鸳鸯美人蕉同一朵花不同颜色部位、不同发育时期的表达差异以及在不同花色美人蕉中的表达特性。结果显示:通过扩增分别获得了549 bp的CHS基因片段及570 bp的DFR基因片段,与红掌、百合等相应基因的同源性达70%~95%。基因表达分析表明,CHS及DFR在红色花瓣中的表达量高于黄色花瓣,CHI在黄色花瓣中的表达量高于红色花瓣;CHS与CHI在红色花瓣中随着发育表达量逐渐增大,在黄色花瓣随发育表达量呈先增加后减少的趋势;DFR在红色及黄色花瓣的发育后期表达量逐渐增大;在不同花色美人蕉花瓣中,这三个基因的表达模式各不相同。     

三色堇VwMYB8基因的克隆及其在月季中的瞬时表达分析

三色堇花色艳丽,品种丰富,是重要的冬春季花卉。本研究采用黄底紫斑品种‘梦蝶’为研究材料,克隆花瓣中可能参与花青素累积起调控作用的MYB基因VwMYB8,结果显示:克隆得到的cDNA全长为1 078 bp,经ORF Finder分析发现其有长度为849 bp的开放阅读框,编码282个氨基酸;构建瞬时表达载体pXCS-VwMYB8,采用粒子轰击的方法作用于月季‘粉扇’花瓣细胞,经过48 h培养后观察转化材料细胞中色素的变化,转化的细胞颜色明显加深,表明基因VwMYB8可以提高月季花瓣细胞中色素的含量。     

彩色马铃薯二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因的克隆及生物信息学分析

花色素苷是影响花色的主要色素,二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)基因是花色素苷合成的关键酶基因.本研究以云南地方彩色马铃薯品种‘剑川红’和‘转心乌’,外引品种‘黑美人’为实验材料,通过RT-PCR方法从其块茎表皮中克隆到DFR基因的完整cDNA序列,并进行了生物信息学分析.分析结果显示供试的三个彩色马铃薯的DFR基因编码3...     

灌浆期遮光对不同粒色小麦籽粒花青素积累与相关酶活性的影响

为探讨光照条件对不同粒色小麦籽粒花青素合成与积累的影响, 以红粒小麦品种(系) D4红、红5、黑小麦76, 黑粒小麦品系D4黑、昌邑黑麦, 以及普通小麦济麦19 (白粒)为材料, 研究穗部遮光对不同粒色小麦籽粒发育过程中花青素积累及相关酶活性的影响。全灌浆期穗部遮光或后期遮光对籽粒花青素含量的影响显著大于前期遮光, 说明籽粒灌浆后期是花青素合成的关键时期。穗部遮光对D4红、红5及黑小麦76籽粒花青素含量的影响显著大于黑粒小麦昌邑黑麦与D4黑。3个红粒品种(系)全灌浆期遮光后籽粒花青素含量不足1 U g^-1, 与白粒品种类似, 而前期遮光后期恢复光照后籽粒花青素迅速合成。与未遮光的对照比较, 遮光对2个黑粒小麦品系花青素含量影响虽达显著水平, 但遮光后黑粒品系花青素含量仍在2 U g^-1以上。说明黑粒与红粒小麦籽粒花青素的合成途径不同。红粒小麦的花青素合成可能是一种依赖光的合成途径, 而黑粒小麦中可能是依光型和非依光型两种合成途径, 且后者是其主要途径。有色小麦籽粒的苯丙氨酸解氨酶(PAL)和查尔酮异构酶(CHI)活性变化趋势是灌浆前期低, 中后期高, 而多酚氧化酶(PPO)活性则呈前期高, 中后期低的变化趋势。未遮光处理的有色小麦, 其不同时期籽粒花青素含量与PAL和CHI活性变化趋于一致, 且呈显著正相关, 表明CHI与PAL是有色小麦籽粒花青素合成的关键酶。黑粒小麦的花青素含量与PPO活性呈显著负相关, 而红粒的相关性不显著。遮光后籽粒的花青素含量变化与酶活性变化趋势不一致, 说明光照条件对籽粒花青素合成的影响并非直接通过3种酶活性的变化而起作用。     

华丽龙胆二氢黄酮醇-4-还原酶GsDFR基因的克隆及表达模式分析

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)是花青素苷合成过程中的关键酶。为研究华丽龙胆(Gentiana sino-ornata) DFR与花色形成的关系,将其花冠不同开放阶段分为H₁～H₅阶段,采用RT-PCR技术首次从华丽龙胆中克隆得到GsDFR全长序列,对其进行生物信息学和表达模式的分析。结果显示GsDFR包含1 125 bp的开放阅读框(OFR),编码375个氨基酸。结构分析显示,GsDFR属于NADB＿Rossmann超家族,具有典型的DFR蛋白(PLNO02650)功能结构域,含有“TGASGYI”和“TVDVQEQQKPVYDENDWSDLDFINSH”两个典型的结构域,以及FR＿SDR＿e的特征位点。系统进化树分析表明Gs DFR与橙花龙胆(Gentiana lutea var.aurantiaca)亲缘性最近。采用实时荧光定量PCR分析GsDFR在根、茎、叶和花冠中的表达,发现GsDFR在根、茎、叶和花冠中均有表达,其中花冠的表达量最高,根茎中微量表达。在花冠H₂阶段GsDFR表达量达到最高,随后降低。结果表明,...     

马铃薯野生种CHS基因cDNA的克隆与表达分析

设计简并引物,用RT-PCR法从马铃薯野生种(Solanum pinnatisectum)克隆到了CHS(Chalcone synthase,查尔酮合酶)基因的全长cDNA,并用半定量RT-PCR法进行了表达分析.序列分析表明,CHS基因编码一个389个氨基酸残基的多肽,在氨基酸水平上与其他茄科植物的同源性达到89%～93%,多重比较和系统发育分析均表明该基因为CHS家族中的一个新成员;检测了CHS基因的空间表达模式,该基因在花和匍匐茎中表达量最高,在根和块茎中没有检测到,这与花和匍匐茎呈淡紫色有花色苷合成,而根和块茎呈白色无花色苷合成是相一致的;发现在块茎中CHS受光诱导表达,光照后的第3天表达量最高,而在光照前检测不到,光照前块茎为白色,随着光照时间的延长,其表层颜色因积累花色苷而变成紫红色.     

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。     

玄参不同颜色子芽比较转录组学分析

为了比较玄参不同颜色子芽中花青素苷生物合成相关基因的表达模式,推测控制玄参子芽颜色差异的主要原因,本研究以玄参不同颜色子芽为试验材料,采用Illumina HiSeq^TM4000技术对其进行转录组测序,将获得的数据进行功能注释以及生物信息学分析,并对花青素苷生物合成相关基因在不同颜色子芽中的差异表达进行了比较分析。通过测序,共得到170 552条Unigenes,其中9 900条Unigenes在NT、NR、KOG、GO、Swiss Prot、KO和pfam数据库中均得到了注释;且KEGG分析表明,有364条Unigenes参与苯丙素生物合成,有63条Unigenes参与类黄酮生物合成,有21条Unigenes参与花青素苷生物合成。进一步对不同颜色子芽中花青素苷生物合成基因进行了比较分析,发现紫芽、绿芽中编码CHS、CHI、F3H、DFR、3GT和OMT等酶类基因的表达量均高于白芽。本研究初步揭示了花青素苷合成基因在不同颜色玄参子芽中的差异表达,为后期玄参子芽抗逆性研究和质量分级提供了理论依据。     

甘薯查尔酮合成酶基因IbCHS1的克隆和表达分析

查尔酮合成酶(chalcone synthas,CHS)是黄酮类次生代谢物生物合成途径中的一个关键酶。为了解CHS与花青素含量的相关性,本研究根据转录组数据,利用RT-PCR技术在甘薯中克隆了一个CHS基因(Ib CHS1),并对其表达特征进行了分析。结果表明:Ib CHS1基因c DNA长1 556 bp,包含1个1 167 bp的开放阅读框,编码388个氨基酸。Ib CHS1蛋白具有典型的植物CHS结构特征,和其他植物中的类似蛋白具有很高的同源性。表达分析显示,Ib CHS1主要在紫肉甘薯中表达,其表达水平与不同品种甘薯中的花青素含量正相关。     

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。     

紫芽茶树类黄酮生物合成关键酶基因表达与总儿茶素、花青素含量相关性分析

儿茶素类化合物与花青素均由类黄酮代谢途径合成,紫芽茶中富含花青素。为探明紫芽茶树中类黄酮生物合成代谢流的情况,本试验以来源于湄潭苔茶后代的1株紫色芽叶茶树和1株绿色芽叶茶树为材料,测定芽下第一叶、第二叶和第三叶的叶色、儿茶素类组分和花青素总量,分析了类黄酮生物合成相关的基因表达情况及基因表达量同总儿茶素、花青素累积量之间的相关性。结果表明,紫芽茶树中各叶位中花青素含量均显著高于对照绿芽茶树,而儿茶素类总量却低于对照;类黄酮生物合成关键酶(PAL、CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、ANR1、ANR2、F3¢H和F3’5’H)基因均呈现上调趋势。紫色芽叶中的总儿茶素与花青素,同各相关基因(LAR除外)表达水平的相关性都较高,且二者相关系数差异不大。绿色芽叶中的总儿茶素与各基因(LAR、F3’H除外)表达的相关系数,明显高于花青素同各基因表达的相关系数。     

基于转录组数据解析大花君子兰花瓣花青素代谢差异

大花君子兰是世界上重要的观赏植物,其花瓣颜色在花蕾不同发育时期具有显著差异。本研究通过对花蕾3个不同发育时期花瓣进行高通量转录组测序,进而探讨君子兰花瓣发育过程中与其花色相关的基因表达情况。结果表明,共获得167 078条转录本,平均长度为673 bp,有67 512条Unigenes在各数据中被注释。GO功能富集中有24 162条基因被注释,分为分子功能、细胞组分和生物过程3大类和50个亚类。KEGG代谢通路注释中,12 930条被成功注释,主要富集与花青素合成相关的通路,包括苯丙素生物合成途径、类黄酮生物合成途径、异黄酮生物合成途径、花青素生物合成途径和苯丙氨酸代谢生物合成途径。君子兰花蕾在3个发育时期时花青素合成途径中一些关键酶(如CHS, CHI, DFR)和调控基因(MYB和bHLH)的表达量出现了显著差异。     

华丽龙胆花青素合成酶GsANS基因的克隆及其表达分析

花青素合成酶(anthocyanidin synthase,ANS)是植物花青素苷生物合成途径末端的关键酶。本研究以华丽龙胆(Gentiana sino-ornata) 5个不同开放阶段(H₁～H₅)花冠及根、茎、叶为试材,采用RT-PCR技术从花冠H₂阶段分离出了华丽龙胆花青素合成酶基因GsANS的全长序列,利用生物信息学软件分析其序列信息,通过RT-qPCR技术分析表达模式。结果显示GsANS开放阅读框为1 086 bp,编码362个氨基酸,含有PcbC结构域和2OG-FeⅡ-Oxy保守结构域。系统进化分析表明,其与三花龙胆花青素合成酶氨基酸序列相似性高达91.23%,亲缘关系最近。对不同开放阶段花冠及根、茎、叶中GsANS的表达模式进行分析,结果显示GsANS在花冠中表达量均高于根、茎、叶中的表达量,同时在花冠发育的H₄阶段GsANS的相对表达量达到最高值,随后降低,推测Gs ANS基因参与华丽龙胆花冠花青素苷的合成。本研究可为解析华丽龙胆花冠中花青素苷生物合成的分子调控机理提供科学依据。     

18个中国古老月季杂交结实性分析

中国古老月季是培育月季新品种重要的基因资源。分析其杂交亲和性,有助于中国古老月季品种在月季新品种选育中的应用。本研究历时4年以18个中国古老月季为亲本之一,与现代月季及少数野生蔷薇进行人工杂交授粉,统计结实及发芽率,分析其杂交结实特性。结果表明,散粉量多的品种有6个,分别为‘大富贵’、‘思春’、‘一品朱衣’、‘月月粉’、‘紫红香’、‘紫香绒’;离体花粉萌发率偏低,20%以上的品种有‘玉玲珑’、‘一品朱衣’、‘月月粉’、‘紫香绒’、‘大富贵’、‘思春’、‘葡萄红’。共配置杂交组合285个,杂交1190朵花,结实271朵,结实率为22.77%,获得4744粒种子,1833粒发芽,发芽率为38.64%。综合分析发现,‘大富贵’、‘葡萄红’、‘软香红’、‘思春’、‘一品朱衣’、‘云蒸霞蔚’、‘紫红香’、‘紫香绒’8个品种结实性较高,易获得杂交后代。