观赏植物花色的分子设计

花色是观赏植物最重要的观赏性状之一,基因工程改良花色是一条重要的育种途径之一.观赏植物的花色素由类黄酮、类胡萝卜素及其他色素组成,且类黄酮是大多数花色形成的决定性色素群.目前,花青素苷生物合成途径已经解析,经过该途径合成的天竺葵色素苷、矢车菊色素苷和飞燕草色素苷是形成有色花的主要色素物质,其中飞燕草色素苷是重要的蓝色花色素成分.本文归纳了利用基因工程改良花色的最新进展,尤其对于蓝色香石竹以及蓝色月季的分子育种进行了介绍.此外,基于目前对花色关键结构基因功能的了解,本文分析了蓝紫色花、白色-浅粉色花、黄色花、橙红色-红色花以及彩斑的花色呈色机理,并提出了利用基因工程手段改良这些花色的分子策略,即通过导入外源基因,使其异源表达或抑制内源基因的表达来调控花色的改变.此外,本文还对基因资源的选择,转基因后外源基因与内源基因的互作关系以及转基因植株花色的稳定性进行了讨论,以期为定向改良观赏植物花色性状奠定基础.     

花色研究基因新资源:瓜叶菊蓝色花形成相关基因PCFH

花色素苷代谢途径中关键酶基因的研究一直是花色分子育种工作的主要研究对象,其中F3’5’基因是蓝色花卉育种的研究热点。本研究利用PCR—RACE技术从瓜叶菊中克隆到了F3’5’H同源基因PCFH(GenBank登录号：AY791885),为新异花色的分子育种工作提供了新的基因资源。     

垂花百合花色变异机制的转录组学分析

为探求两种不同花色类型的垂花百合花色变异机制,本研究以相同生境下不同花色的垂花百合(Lilium cernuum)花瓣为材料,利用高通量测序技术建立了花发育过程和两种花色类型的转录组数据库,并针对花色苷合成代谢途径的结构基因和转录因子进行差异筛选。结果表明,测序共获得57 521条Unigene,对比不同阶段花器官中花色苷合成的结构基因表达差异情况,筛选出DFR、CHS、ANR、ANS和FOMT共5条结构基因,以及MYB14、MYB98、MYBC1、PHL7、PHL8、细胞色素P45094A1、bHLH30、bHLH51、MYB13、bHLH52、bHLH35共11条转录因子,这些结构基因和转录因子被推测可能与花色苷合成调节有关。本研究认为垂花百合粉白型花色可能是在转色期转色阶段未完全完成时就进行开花过程导致。     

不同土壤pH对多叶羽扇豆花色影响研究

以5种不同土壤pH的蓝色多叶羽扇豆（Lupinus polyphyllus ‘Nanus Russell Gallery Blue’）为材料,对其花色、花色素组成及含量的变化进行了研究。花色测定采用英国皇家园艺学会比色卡（RHSCC）和分光色差计,色素定性及定量分析采用高效液相色谱-二极管阵列检测技术（HPLC-PAD）和分光光度计进行测定。结果发现：随着土壤pH的降低,花朵翼瓣亮度L*值、色相a*值、彩度C*值逐渐降低,色相b*值逐渐升高,总花青苷、叶绿素含量升高;旗瓣中总花青苷也逐渐升高,其他各检测结果无明显相关性。推断土壤酸碱性影响蓝色多叶羽扇豆花瓣中花青苷的含量,从而影响花色的深浅。     

适宜转蓝色基因的仙客来受体品种筛选

受体材料的生理环境是蓝色花卉转基因育种成功的重要因素之一。为了筛选出适宜进行蓝色转基因工程的仙客来受体品种,本研究以12个不同类型的仙客来花瓣为材料,对其二氢黄酮醇4-还原酶利用二氢杨梅素(dihydromyricetin, DHM)生成飞燕草素苷的能力、总黄酮含量、液泡pH值进行检测,结合灰色关联分析方法对各指标进行综合分析。结果表明:仙客来‘条纹荷花’利用二氢杨梅素生成飞燕草素苷的量最多达39.01μg/g,其花瓣pH也最高为6.82,仙客来‘八重玫瑰’的总黄酮含量最多达2 507.64μg/g;由这3个值组成灰色关联分析的参考品种参数,计算出加权关联度最高的品种为仙客来‘八重玫瑰’,其关联度为0.840 8。本研究从不同类型仙客来品种中筛选出了二氢黄酮醇4-还原酶特异性催化能力强、总黄酮含量和液泡pH值高的品种,可以为蓝色仙客来的转基因育种提供材料参考。     

富士苹果果实中突触小泡蛋白基因(MdVAMP)的克隆及其表达

花青素是植物中最广泛存在的次生代谢物之一,是不同颜色花和果实色泽的关键色素。花青苷通常在细胞质中合成,于液泡中积累。虽然花青苷的生物合成途径已被深入研究,但它们从细胞质到液泡的转运以及显示红色的机制仍然不清楚。本试验通过RACE技术成功克隆出富士苹果及其芽变中MdVAMP cDNA序列的总长度。该基因cDNA序列全长994 bp,具有660 bp的开放阅读框(ORF),编码219个氨基酸。同源性分析表明,MdVAMP基因与沙梨同源性最高。定量PCR结果表明,MdVAMP基因在‘长富2’苹果及芽变果实摘袋后表达趋势与其花青苷含量变化相一致,芽变果实中MdVAMP基因表达量和花青苷含量均显著高于‘长富2’苹果。进一步在不同富士品种中研究发现,MdVAMP基因表达水平与花青苷含量密切相关。亚细胞定位结果显示MdVAMP主要定位于细胞质。该研究表明,MdVAMP基因可能参与了花青苷的转运和积累,这为进一步研究苹果果皮着色和花青苷转运提供了一定的科学基础。     

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。     

COP1调控植物花色苷合成的研究进展

植物花色苷的合成积累是一个需光过程。在光条件下,光受体接收光信号,通过信号转导形成胞内第二信使系统的级联传递来调节包括花色苷合成在内的光形态建成反应。E3泛素连接酶组成型光形态建成1(constitutively photomorphogenic 1,COP1)是位于光受体下游的一个光形态建成的抑制子,是一个光调控植物发育的分子开关。在暗条件下,COP1抑制光反应。COP1/SPA复合体与MYB调控因子互作调控花色苷合成的结构基因的表达,从而影响花色苷的合成。本文综述了COP1的结构特征和影响亚细胞定位的因子,重点总结COP1调控植物花色苷合成的机理,丰富我们对COP1调控花色苷合成机理的认识,并且对通过转基因手段改良植物花、果实着色进行展望。     

绣球花花色相关基因HmF3H的克隆及其表达分析

花色是植物重要的观赏性状之一,而黄烷酮羟化酶是植物花色素物质积累的关键酶,对植物花色差异具有重要影响。本研究利用PCR技术从盛花期蓝色花绣球品种‘无尽夏’不孕花中克隆获得了Hm F3H基因的全长序列,该基因的ORF序列长度为1 095 bp,编码364个氨基酸,编码蛋白的理论分子量为41.08 k D,理论等电点为5.48,为亲水性蛋白,该蛋白属于PLNO2515超家族成员,具有2-酮戊二酸双加氧酶结构域。系统进化树分析表明,该蛋白与咖啡树和佛手瓜的亲缘关系最近。实时定量PCR分析表明,Hm F3H基因在绣球花不同组织器官中均有表达,红色绣球品种‘粉黛’盛花期不孕花比蓝色绣球品种‘无尽夏’盛花期不孕花中表达量高,说明Hm F3H基因对绣球花花色差异形成具有一定影响。本研究获得了绣球花Hm F3H基因序列及其表达情况,为探讨绣球花品种花色差异形成机制具有一定指导意义。     

花色苷有机酸酰化及黄酮辅色研究进展

花色苷是常见的水溶性天然食用色素,具有多种对人体健康有利的生物功效。但花色苷的稳定性较差,易受外界因素影响。简述了分子结构、pH值、温度、光照等因素对花色苷稳定性的影响,并进一步综述了花色苷有机酸酰化和黄酮辅色研究进展,为深入探究花色苷稳定化方法和扩大花色苷在食品加工中的应用提供借鉴。     

光照对植物合成花色素苷的影响研究进展

花色素苷决定着花卉、果实及彩叶植物叶片的颜色,对植物的观赏性有着重要价值,已受到人们的广泛关注。近几年来,对于外界环境影响植物花色素苷合成的研究已有相关报道,但都是一些综合性的阐述。对于光照影响植物花色素苷的研究,缺乏更为系统和深入的论述。依据国内外近几年的相关文献,在阐述植物花色素苷合成机理的基础上,针对光照这一外界环境因子,综述了光照时间、不同光质及光照强度对于植物花色素苷合成的影响。指出了对于一般植物,光照时间越长,越有利于其合成花色素苷;在不同的光质中,对合成花色素苷最有效的是蓝光和紫外光;对于一般植物,光照强度越大,越有利于合成花色素苷。还分析了目前关于植物花色素苷研究尚存在的问题,并展望了今后的研究方向,以期为今后的研究提供一些参考。     

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。     

高等植物花色苷生物合成调控的研究进展

高等植物花色苷的合成是一个复杂的过程,受多种因素的影响。本研究系统地从物理因子、化学因子、生物因子等外部因素,及生长发育阶段、植物生长物质等内部因素两方面综述了调控高等植物花色苷生物合成的因素及其机理的研究进展,并分析了各种外、内部作用因子的综合性包括作用的协调性与机理的一致性。最后,提出了高等植物花色苷生物合成调控研究中存在的一些问题,并探讨了利用各种因子人工调控花色苷合成以提高果实营养价值、花卉观赏价值及植物抗逆性。     

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。     

‘月月粉’和野蔷薇花青素合成酶基因的鉴定与表达分析

植物花青素是一种天然的黄酮类水溶性植物色素,对于植物的花和果实的花色决定具有重要作用,花青素在植物体内的生物合成途径研究相对较清楚。但在蔷薇属植物中花青素合成酶基因的功能分析相对较少,通过序列比对和进化树分析鉴定‘月月粉’(Rosa chinensis‘Old Blush’,用OB表示)和野蔷薇(Rosa multiflora)中花青素合成酶基因各14个。通过序列比较发现野蔷薇和OB中对应的同源基因序列相似性很高,表明这些基因的保守性很强,但表达谱分析显示这些基因在两个物种中的差异较大,暗示其调控序列可能变异程度较大。通过检测一个野蔷薇自然突变单株中红花和白花中的花青素合成酶基因的表达,推测有部分花青素合成酶基因可能在花青素合成反馈调节中具有重要作用。通过分析启动子序列中顺式作用元件推测OB中花青素合成酶可能受蔗糖和不同激素的调控。本研究可为揭示蔷薇属植物花青素合成调控的分子机制提供依据。     

影响葡萄果皮颜色的MYB类转录因子的研究进展

在葡萄品种中,果皮颜色从白色到黑色存在广泛的差异,花青素苷的合成和积累是形成果皮颜色的直接原因,MYB类转录因子是调控花青素苷合成的一类重要的转录因子。为了进一步探究不同种果皮颜色同MYB转录因子之间的关系,本研究列出了花青素的结构和种类以及花青素苷生物合成途径,归纳了葡萄色泽与花青素苷的关系,列举了调控植物花青素苷合成的相关基因的功能,并着重分析了葡萄MYB类转录因子在花青素苷合成过程中的功能,以期为今后改良葡萄果皮颜色提供指导。     

百合花发育的分子生物学研究进展

百合是重要的花卉植物,其花朵硕大,具有很高的观赏价值。由于百合的基因组较大,对其分子水平的研究较少。近年来对百合花发育相关的分子生物学研究进展迅速,已克隆了多个相关的基因,包括与花器官发育相关的MADS-box基因,LGC1基因,LLA_23基因等。本文对百合部分已克隆的与花发育相关的基因做一简述。