花色素苷生物合成与分子调控研究进展

花色素苷是决定植物花色的主要色素,其生物合成是目前研究得最为清楚的植物次生代谢途径之一。花色素苷的生物合成主要由于F3H,F3'H和F3'5'H三个关键酶的作用形成3个分支,最终分别生成橙色到砖红色的天竺葵素糖苷,红色的矢车菊素糖苷和蓝色到紫色的飞燕草素糖苷,因此, F3'H,F3'5'H和DFR基因是利用遗传转化引入花卉植物原本缺乏的花色代谢途径的关键基因。花色素苷合成结构基因的转录调控是目前研究的热点,对结构基因的转录进行调控的转录因子主要包括两大类相互作用的因子－bHLH和MYB类转录因子,花色素苷合成的转录调控机理的基本模式,包括bHLH和MYB类因子之间的相互作用,以及它们对结构基因顺式元件的识别和结合已经阐述的比较清楚。另外,对于一些处于bHLH和MYB上游的, WD40类因子和光敏色素的研究开启了从信号传导到花色素苷合成的整个调控过程的研究。     

观赏向日葵花青素苷合成途径同源基因的克隆与表达

 根据已发布基因的保守区域设计引物,从观赏向日葵（Helianthus annuus L.）舌状花中克隆到花青素苷生物合成途径中PAL、CHS、CHI、F3'H、DFR和ANS等6个结构基因的保守序列。序列分析表明6个结构基因与其它植物来源的花青素苷生物合成相关基因均具有较高的同源性,分别为95%～97%、83%～99%、64%～80%、80%～82%、64%～85%和87%～89%。系统进化分析表明6个结构基因的系统进化基本上符合植物分类学分类。半定量RT-PCR分析,表明除CHS基因在管状花中未表达外,6个基因在舌状花、管状花、花蕾、叶片、茎皮中均有表达;大部分基因在花开放初期和盛期的表达较高,而花完全开放后,所有基因的表达量降低;观赏向日葵花青素苷合成相关基因的表达量在紫红色花瓣中高于红褐色,深色花瓣高于混杂色花瓣。     

紫心大白菜花青素积累特性及相关基因表达分析

 利用徒手切片法、pH差计法及实时荧光定量RT-PCR技术,观察和测定紫心大白菜与同源非紫心大白菜[Brassica campestris L. ssp. pekinensis（Lour）Olsson]花青素在叶片中的分布和总含量变化,比较叶片中花青素合成途径关键酶基因及其转录调控因子的表达特点。结果表明,紫心大白菜花青素不均匀分布于叶片中,尤以叶表皮细胞及临近表皮的叶肉细胞内最为丰富,并且内层球叶含量高于外层球叶。紫心大白菜心叶中花青素含量最高为0.79 mg · g^-1 FW,对照09S17混合样的叶片中花青素总含量为0.01 mg · g^-1 FW。荧光定量PCR分析表明,花青素生物合成途径上游关键酶基因CHS、CHI、F3H、F3′H及下游修饰基因UFGT、转运酶基因GST与转录因子MYB0在紫色大白菜心叶中上调表达,下游关键酶基因DFR、ANS、LDOX与转录因子MYB2、MYB4、MYB12和MYB111的表达在整个紫心大白菜中大幅上调,推测这可能是紫心大白菜花青素积累的重要原因,其中MYB2和MYB4可能起主要作用。     

红果肉与白果肉杨梅花青苷和糖代谢途径的差异蛋白研究

 以红果肉杨梅‘大叶梅’和白果肉杨梅‘水晶’为研究材料,运用2-DE 和MALDI-TOF-TOF 质谱技术,比较分析两个品种成熟期果肉花青苷和糖代谢途径相关蛋白的差异表达,共获得41 个2 倍差 异表达蛋白,其中33 个差异蛋白得到质谱鉴定。与白果肉的‘水晶’相比,有3 个蛋白质在红果肉的‘大 叶梅’中特异表达,29 个蛋白质上调表达,1 个下调表达。将这些差异蛋白按照功能进行分类,大部分 涉及花青苷代谢（12%）、糖和能量代谢（30%）、蛋白质代谢（18%）、防御应答（15%）等生理过程。发 现花青素合酶（ANS）、苯基丙氨酸解氨酶（PAL）、查尔酮合酶11（CHS11）、二磷酸尿核苷葡萄糖︰类 黄酮3–O–葡糖基转移酶（UFGT）是花青苷合成密切相关的关键酶,这些酶在红果肉的‘大叶梅’中 明显上调表达;同时,还发现9 个糖代谢相关蛋白在红果肉的‘大叶梅’中也显著上调表达。花青苷和 糖代谢途径关键蛋白对杨梅果肉花青苷合成和颜色的形成起到重要作用。     

菊花F1代舌状花耐寒性遗传变异与QTL定位

以菊花‘南农雪峰’ב蒙白’的F1代为材料,利用电导率结合Logistic方程计算盛花期舌状花的低温半致死温度（LT50）,分析其耐寒性的遗传变异,在此基础上开展QTL定位研究。结果表明,该F1群体舌状花的LT50在﹣8.92 ~ 1.31 ℃之间,变异系数为43.60%,近似正态分布,为多基因控制的数量性状,且存在一定程度的偏母性遗传和超亲分离现象。主基因 + 多基因混合遗传模型分析表明,该F1群体舌状花耐寒性无主基因控制。复合区间作图法共检测到6个QTL与菊花舌状花的耐寒性显著相关,分布在‘南农雪峰’遗传图的X2、X4连锁群和‘蒙白’遗传图的M2、M11、M33连锁群上,LOD值介于2.61 ~ 3.29之间,加性效应为﹣1.67 ~ 1.78 ℃,单个QTL可以解释耐寒性变异的贡献率为6.01% ~ 9.94%,均为微效QTL。     

草莓花色苷物质鉴定及关键基因表达分析

建立了应用HPLC–MS/MS快速分离、鉴定草莓花色苷的方法，并对不同果色12个草莓品种的成熟果实进行花色苷定量和定性分析，同时对比分析草莓（Fragaria×ananassa，八倍体）和森林草莓（F.vesca，二倍体）基因组中花色苷合成相关基因的数量和染色体定位，通过RNA-Seq和qRT-PCR分析它们在果实发育过程中的转录水平变化。在草莓中检测到8种花色苷，包括首次检测到的芍药素–3–葡萄糖苷、芍药素–丙二酰葡糖苷和芍药素–3–甲基丙二酰葡糖苷。不同果色草莓果实中总花色苷含量差异较大，均以天竺葵素–3–葡糖苷为主。草莓基因组包含73个花色苷合成相关基因，是森林草莓的3～4倍，均匀分布在4套亚基因组上。RNA-Seq结果显示整体上多拷贝基因在草莓果实中的表达水平没有显著差异，未发生明显的偏向性表达。花色苷合成关键路径基因（PAL1、CHS、CHI、F3H、DFR1、ANS、UFGT），转运基因（GST）和转录因子基因MYB10在草莓果实成熟过程中表达量显著增加，尤其是花色苷积累期，表明这些基因在草莓果实花色苷积累中起关键作用。     

红皮梨花青苷调控基因PyMYBa的克隆与表达分析

以红皮梨‘奥冠’为试材,采用RT-PCR结合RACE技术获得1个MYB基因,命名为PyMYBa。该基因开放读码框共714 bp,编码237个氨基酸。PyMYBa分子量27.4 kD,等电点8.78。氨基酸序列分析显示,在其N端具有保守的R2R3-MYB结构域,R3-MYB结构域含有bHLH结合基序。进化树分析表明,PyMYBa与花青苷调控MYB转录因子的同源性很高。基因表达结果表明,PyMYBa在梨叶、花、果皮中表达量明显高于果肉,果皮中的表达量与花青苷调控基因PyMYB10相比,无显著差异。遮光及MeJA处理后果皮中PyMYBa、PyMYB10的表达量变化与花青苷合成量变化趋势相似,推测PyMYBa为梨花青苷合成中重要的正向调控因子。通过原核表达试验获得了该基因的重组蛋白,SDS-PAGE电泳检测结果与预期蛋白分子量一致。     

脐橙晚熟突变体及其野生型果实柠檬酸代谢基因表达分析

‘奉节晚橙’（Citrus sinensis L. Osbeck）是来源于‘奉节72-1’脐橙的晚熟芽变。采用qRT-PCR方法测定了‘奉节72-1’与其晚熟突变体果实4个发育时期柠檬酸代谢相关基因的表达。结果表明,糖酵解途径中‘奉节72-1’脐橙基因的表达高于‘奉节晚橙’;但是柠檬酸合成相关基因CsCS4、CsPEPC1、CsPEPC2、CsPEPC4、CsME1、CsME4的表达水平低于‘奉节晚橙’。果实发育后期,‘奉节72-1’脐橙中CsACO1、CsGAD4、CsGS1等柠檬酸降解相关基因表达水平逐渐升高,且表达量高于‘奉节晚橙’。两者间柠檬酸含量的差异是代谢途径中多种基因共同作用的结果。通过相关性分析,推断CsME1、CsME4可能是影响柠檬酸含量差异的关键基因。     

苹果属观赏海棠McUFGT的克隆及其在不同叶色品种间的表达差异分析

为探讨UFGT基因在观赏海棠叶片呈色过程中的作用,以观赏海棠常紫红色类品种‘王族’叶片总RNA为模板,通过RACE扩增,获得一个长度为2 186 bp的cDNA序列,其编码区共1 425 bp,编码475个氨基酸,命名为McUFGT。利用高效液相色谱法和实时荧光定量PCR技术,对3个不同叶色的观赏海棠品种‘王族’（叶片常紫红色类）、‘绚丽’（新叶红色类）和‘火焰’（叶片常绿色类）叶片中的花色素苷含量、McUFGT相对表达量进行测定分析。结果表明,在3个品种中矢车菊色素苷是主要的花色素苷物质,并且随着叶片的生长发育,不同叶色品种间矢车菊色素苷差异显著,其中以叶片常紫红色品种‘王族’矢车菊色素苷积累最多。同时矢车菊色素苷含量的变化与McUFGT相对表达量变化趋势基本一致,说明McUFGT在苹果属观赏海棠叶片花色素苷合成及色泽形成过程中具有重要的作用。     

茄子花青素合成相关基因SmMYB 的克隆与表达分析

 以茄子（Solanum melongena L.）‘YZ14’（紫茄）和‘YZ3’（白茄）为试验材料,采用 同源克隆与RACE（rapid amplification of cDNA ends）相结合的方法克隆了茄子MYB 基因cDNA 及gDNA 全长序列,命名为SmMYB。序列分析结果表明：该基因cDNA 全长1 035 bp,开放阅读框837 bp,编码 278 个氨基酸,与辣椒（Capsicum annuum L.）MYB 转录因子氨基酸序列相似性达71%;成熟蛋白的等电 点为8.47,具有2 个典型的DNA-binding 结构域且亚细胞定位于细胞核;gDNA 全长3 834 bp,包含3 个 外显子及2 个内含子。荧光半定量检测结果表明：SmMYB 在茄子根、茎、叶、花瓣、果皮中均有表达, 但表达水平具有组织特异性;遮光处理后紫色茄子果皮中该基因表达量变化与花青素合成量变化趋势相 似。推测SmMYB 为一个MYB 转录因子基因,正向调控茄子花青素的合成。     

果实花色素苷合成研究进展

综述了果实花色素合成研究在近几年取得的进展,介绍了花色素苷合成途径中查尔酮合成酶、查尔酮异构酶、黄烷酮3-羟化酶、类黄烷酮3’-羟化酶、类黄烷酮3’,5’-羟化酶、二氢类黄酮还原酶、花色素苷合成酶、类黄酮3,5-糖苷转移酶在花色素合成过程中的作用,酶蛋白的结构及相对应的结构基因、调节基因和转录因子MYB、MYC、WD40等的作用特点,并介绍了外界因子对果实着色的影响及其调节机制。     

芥蓝二氢黄酮醇4–还原酶基因BoaDFR的克隆与功能鉴定

以白花芥蓝‘四季粗条’为材料克隆了Boa DFR基因,Gen Bank登录号为MT472647,CDS序列长为1158 bp,编码385个氨基酸,与甘蓝型油菜、甘蓝和白菜等具有高度同源性。Boa DFR表达水平在芥蓝不同发育时期、不同器官中存在显著差异,随植株发育总体呈现先下降后上升的趋势,在幼嫩种子中表达量最高。芥蓝原生质体的亚细胞定位结果显示Boa DFR定位在细胞核上。构建了农杆菌介导的芥蓝瞬时过表达体系,将Boa DFR转入白花芥蓝‘四季粗条’和黄花芥蓝‘福州黄花’中,发现Boa DFR在两种芥蓝中均高水平表达,转基因植株叶片颜色明显变紫,花青素苷显著积累,总含量最高达461.43μg·g-1 FW,而野生型和转空载体芥蓝叶片中几乎检测不到花青素苷。通过HPLC在转基因植株叶片中共检测到8种花青素苷,均为矢车菊花青素苷,其中矢车菊–3–阿魏酰–丙二酰–槐糖苷–5–葡萄糖苷占比最高。     

小菊新品种‘东篱红云’和‘东篱月光’

小菊新品种‘东篱红云’和‘东篱月光’均以自育株系‘388’为母本,以从德国Brandkamp公司引进的多个品种为父本进行人工杂交,经连续选择育成。‘东篱红云’舌状花粉色,观赏期9月下旬到10月下旬。‘东篱月光’舌状花展开前嫩黄色,展开后变为白色,观赏期9月中旬到10月下旬。开花期均早,株形圆整,分枝性强,适于盆栽或地栽,可以满足北京地区国庆节用花需求。     

菊花‘绿叮当’与毛华菊杂交后代花部性状杂种优势与混合遗传分析

菊花绿色品种相对稀少,育种难度较大,遗传机制报道较少。以舌状花绿色、平瓣的栽培菊(Chrysanthemum×morifolium)‘绿叮当’为母本,与舌状花白色、平瓣的野生种毛华菊(C.vestitum)进行杂交,将其秋季开花的453株后代作为遗传群体,选取舌状花的色相角h值和色相a*值、舌状花瓣数和花序直径这4个性状进行杂种优势分析和主基因+多基因混合遗传分析。结果表明:(1)这些性状呈连续变化,有极显著的中亲杂种优势,舌状花的色相角和花序直径有极显著的超亲优势;(2)色相角h值、色相a*值和舌状花瓣数均由两对加性—显性—上位性主基因控制,其主基因遗传率分别为38.74%、90.34%和76.20%;花序直径由一对加性—显性主基因控制,其主基因遗传率为41.20%。此外,杂交后代舌状花大多为平瓣,与双亲一致,少量个体出现管瓣与匙瓣。舌状花的色相角h值、舌状花瓣数及花序直径都分别与舌状花色相a*值显著相关。由此可见,在这个绿色菊花品种与野生近缘种杂交的拟测交F2代群体中,舌状花的色相a*值主基因遗传率高,并与其他花部性状显著相关。     

瓜叶菊花青素合成关键结构基因的分离及表达分析

 本文通过RT-PCR的方法分离了花青素合成途径上的关键结构基因片段：CHS、CHI、F3H、F3'H和DFR。在白色系、红色系、紫色系和蓝色系瓜叶菊舌状花中,采用半定量RT-PCR的方法分析CHS、CHI、F3H、F3'H、DFR、F3'5'H、3MaT这7个结构基因在花不同发育阶段的表达模式。结果表明：在白色花中,不存在CHS的表达;在红色花中,检测到F3'H基因的高丰度表达,但没有检测到F3'5'H的转录本;在蓝色花中,没有F3'H表达的信号,但在花序开放的第Ⅰ阶段有较强的F3'5'H的表达信号;而在紫色花中,可以同时检测到F3'H和F3'5'H的转录本。此外,瓜叶菊花青素合成相关结构基因在花序开放初期高丰度表达,随后逐渐降低,在第Ⅳ阶段表达量再次出现升高现象,而在花序开放末期表达量极低或没有表达信号。     

菊花新品种‘东篱紫蛟’

菊花新品种‘东篱紫蛟’以中国传统大菊品种‘玉狮子带’为母本,以综合性状良好、花径大、不同色系的‘清水莲’、‘仙潭秋水’和‘银虎啸’等传统大菊品种作父本进行人工混合授粉,经连续选择育成。花径大（20 cm）,主要观赏期11月上旬—下旬。舌状花外侧为白色,内侧为粉色;管状花黄绿色。植株低矮,直立性强,适于盆栽观赏,可以用于北京地区节日布展或庭院观赏。     

地被菊新品种‘金樽’

地被菊新品种‘金樽’是以‘麦浪’为母本,多品种为父本混合栽培天然杂交获得F1代种子,经高压静电场辐射诱变,连续选择而成。舌状花赤金色,中央筒状花黄色,单花花径3.2 cm,盛花期冠幅50.1 cm,单株平均着花量1 018朵,呈半圆形分布,花期整齐一致,株形紧凑丰满,群体整齐美观。露地栽培观赏期9月初至10月中旬。