不同红梨果皮类黄酮合成基因表达模式分析

采用半定量和荧光定量PCR方法,分析10个类黄酮合成基因在梨品种‘红星’和‘满天红’成熟果皮中的转录特性以及光照对基因表达的影响.结果表明:‘满天红’花色苷合成上游基因(CHS、CHI)的表达量高于‘红星',而下游基因(F3H、DFR、ANS)以及黄酮醇(FLS)和原花色素(LAR、ANR)合成相关基因的表达量却正好相反.套袋去除光照可使所有被检测基因的转录水平降低,F3GT和FLS最明显,表达量差异达20～30倍以上,且套袋‘红星’中PAL、F3H、DFR、ANS、LAR、ANR基因的表达量仍高于不套袋‘满天红’.研究认为,花色苷合成下游基因转录水平的差异是2个红色梨品种间着色不同的主要原因,而F3GT是光照调控‘红星’着色的关键基因.     

2个石榴品种果皮花色苷合成相关基因表达分析

以2个不同红色石榴品种‘红宝石’和‘墨石榴’为试验材料,采用荧光定量PCR方法,分析花色苷合成相关基因CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、UFGT等6个基因在果实发育过程中的转录表达特性,同时分析基因表达量与果皮花色苷积累的关系。结果表明:(1)在整个果实发育期内‘墨石榴’花色苷含量明显高于‘红宝石’;随着果实的发育,‘红宝石’果皮中总花色苷含量不断增加,而‘墨石榴’中总花色苷含量初期很高,随后迅速下降,后期维持在较低水平。(2)‘红宝石’中CHS、CHI、F3H、DFR、UFGT等5个基因均在果实发育的早期和晚期出现2个表达高峰,而ANS基因的表达量在整个果实发育期内不断升高;在‘墨石榴’中CHS、CHI、F3H、DFR、ANS等5个基因的表达高峰均出现在早期,随着果实的发育表达量均呈下降变化趋势,但UFGT基因在中期时表达量最高。(3)‘红宝石’石榴的ANS基因表达量与总花色苷含量呈显著正相关,‘墨石榴’中CHS和ANS基因的表达水平与总花色苷含量显著相关。研究认为,花色苷合成相关基因的初期和末期表达差异是2个石榴品种着色差异的主要原因,ANS在‘红宝石’着色中起关键作用,CHS和ANS可能在‘墨石榴’花色苷积累中起重要作用。     

‘津田芜菁’花色素苷生物合成相关基因的表达

利用黑暗、日光、人工恒定光处理花色素苷合成依光型的‘津田芜菁’试材。通过紫外．可见分光光度计测定恒定光处理下‘津田芜菁’块根皮中花色素苷的含量,结果表明,花色素苷含量与光处理时间成正相关。用从消减文库中筛选的花色素苷生物合成基因片段制备探针,Northern杂交结果显示,在所处理的48h之内,光可以诱导‘津田芜菁’中PAL、DFR、CHS、F3H和ANS基因的表达,这些基因的表达量随着光处理时间的延长而增加,而MYB基因的表达量在黑暗与光下基本相同。     

石榴果色合成相关基因CHS和CHI的表达特性分析

花色苷是类黄酮家族中重要的一类次生代谢产物,对果实呈色起重要作用。CHS (查尔酮合成酶)和CHI (查尔酮异构酶)为花色苷合成提供了前体物质,是花色苷合成所不可或缺的。利用RT-PCR和RACE方法,本研究从石榴果皮中克隆了与花色苷合成相关的CHS基因和CHI基因的cDNA全长,同时采用qRT-PCR研究了这两个基因在三个不同色泽石榴品种‘红宝石’、‘水晶甜’、‘墨石榴’发育期内的表达模式,并分析了果皮花色苷含量变化与基因转录水平的关系。结果表明,石榴中CHS和CHI基因cDNA全长分别为1 197 bp和693 bp,分别编码398和230个氨基酸,命名为PgCHS和PgCHI,在GenBank中的登录号分别为KF841615和KF841616。在氨基酸水平上,Pg CHS与荔枝、葡萄、山竹等果树的同源性达到90%以上。Pg CHI与果树中龙眼、梨、美洲葡萄、桑树等同源性达到70%以上。qRT-PCR结果显示,CHS和CHI基因的表达模式随色泽发育期和品种不同而有差异。在‘红宝石’石榴中,该两个基因都有前期和后期两个表达高峰期;而‘水晶甜’石榴中这两个基因的表达高峰期均出现在中后期;‘墨石榴’发育初期时CHS和CHI的表达量最高,以后的表达量都较低。同一品种内,CHS和CHI的表达具有协同性,两者的协同性表达有利于花色苷及其他类黄酮相关产物的合成。3个品种中CHS和CHI基因的表达与花色苷的积累并不一致。     

粉葛PtCHI基因的克隆、原核表达和亚细胞定位

为探究葛根品种间异黄酮类物质代谢关键酶基因PtCHI的分子机制差异，并揭示其品种间异黄酮物质含量差异的原因，该研究以野葛品种‘桂葛8号’和粉葛品种‘桂葛1号’为材料，经乙醇提取并通过高效液相色谱仪对野葛和粉葛中葛根素和总黄酮的含量进行测定，基于已报道的野葛CHI基因，通过同源克隆方法分离粉葛中PtCHI基因，并在体外进行蛋白表达，同时在拟南芥原生质体中研究PtCHI基因的定位。结果表明：(1)野葛中的葛根素含量显著高于粉葛的，野葛的总黄酮含量也高于粉葛但未达到显著水平。(2)成功分离到粉葛PtCHI基因，长度为742 bp且包含672 bp完整的ORF框，编码223个氨基酸，与野葛的CHI基因具有99%的同源性。(3)CHI基因在粉葛中的表达量为茎>根>叶子，在野葛中则为根>茎>叶子，除叶子外野葛中CHI基因的表达量均显著高于粉葛。(4)经预测，粉葛PtCHI蛋白为稳定的亲水性蛋白且大小为27.8 kD,二、三级结构以α-螺旋为主，具有25个磷酸化位点，与野葛、大豆和乌拉尔甘草的亲缘关系较近，与F3H2、F3H、4CL4、DFR2及CHS发生互作的可能性较大。(...     

利用cDNA微阵列分离津田芜菁花青素生物合成相关基因

花色素苷是植物的重要次生代谢产物, 在植物体内行使多种生理功能。利用UV-A处理48 h后津田芜菁块根变红, 以黑暗处理条件下的白色块根为对照, 与削减文库特异基因片段制备的cDNA微阵列进行杂交。UV-A处理条件下津田芜菁中表达上调的基因为81个, 表达下调的基因为47个, 表达上调的基因中包括与花青素生物合成直接相关的基因片段cytochrome P450, PAL, F3H, ANS, CHS, DFR和GST等。Northern杂交结果显示, UV-A处理48 h的津田芜菁试材中, PAL、CHS、F3H、DFR和ANS基因的表达量明显高于黑暗条件下白色块根中这些基因的表达量, 进一步验证了芯片杂交结果的可靠性。     

桃树体不同部位果实着色差异及其与环境因子的关系研究

为探讨树体冠层不同部位桃果实着色机制差异及其与环境因子的关系,以晚熟桃品种‘霞晖8号’为试材,研究了果实3个典型发育时期(硬核期、膨大期、成熟期)树体冠层上部、中部外围、中部内膛和下部的温度、光照环境因子变化动态,并就其对果皮色泽、色素含量的影响及与果实着色相关的基因表达特点进行解析。结果表明:(1)与冠层下部果实相比,‘霞晖8号’冠层上部、中部外围和中部内膛成熟果实果皮a~*/b~*(红色饱和度/黄色饱和度)显著较高。(2)冠层下部成熟果实的果皮花色素苷含量最低而叶绿素含量最高,且与其他部位间差异显著。(3)果实不同发育时期花色素苷合成相关基因的表达量差异表明,果皮花色素苷合成是多基因协同调控的过程。(4)果实转色前,低光照强度抑制了花色素苷合成相关基因的表达,其中对UFGT、DFR、CHS基因的调控作用最明显;果实成熟期,与高光照条件相比,低光照条件下果皮花色素苷合成相关基因上调表达。研究认为,树体冠层不同部位光照条件差异可能是导致果实着色差异的主要环境因素之一,它通过调节与果皮花色素苷积累相关的基因表达水平控制果皮的着色。     

花青素生物合成关键酶的研究进展

花青素是植物花呈现不同色彩的物质基础,其生物合成途径主要受到查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、黄烷酮3-羟化酶(F3H)、类黄酮3'-羟化酶(F3'H)、类黄酮3’,5’-羟化酶(F3'5'H)、二羟基黄酮醇还原酶(DFR)、花色素苷合成酶(ANS)以及类黄酮3-O-糖基转移酶(UFGT)等关键酶的控制.主要介绍花青苷生物合成途径、关键酶晶体结构及利用基因工程改造花色的研究进展,讨论目前花色改造存在的问题,并对今后的研究前景进行展望.     

杂交兰花色花香生物合成途径的转录组分析

该研究以杂交兰(Cymbidium hybrid)不同花色花香品种‘玉凤’(K18,黄色)和‘福韵丹霞’(K24,紫红色)为材料,采用RNA-Seq技术获得杂交兰不同花期的花朵转录组数据,分析杂交兰不同时期花色/花香相关基因的表达变化,探讨杂交兰花色花香形成的分子机理,为杂交的定向改良和新品种选育提供依据。结果表明:(1)K18和K24分别获得11914和6793个差异表达基因;KEGG注释显示,有58个差异基因与花色花香合成相关;进一步分析发现,类黄酮是K18和K24的主要花色素,其合成基因在小花蕾期显著上调,其中K18通过查尔酮异构酶基因(CHI)、类黄酮-3′,5′羟化酶基因(F3′5′H)和黄酮醇合酶基因(FLS)途径生成黄酮醇,K24则通过花青素合成酶基因(ANS)途径生成花青素。(2)qRT-PCR验证表明,萜类骨架基因羟甲基戊二酰辅酶基因(HMGS)、羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因(HMGR2)和甲羟戊酸-5-焦磷酸合酶基因(MVD)等的表达量均在K18盛花期最高,同时6个下游的萜烯合酶(TPS)基因在K18中表达量比K24上调100倍以上。(3)定量分析表明,K24、K18中的花色素苷总含量分别为608.74、122.28μg·g-1,K18花色苷含量仅为K24的20%;K24花中色素物质主要成分为矢车菊素苷,使其花色呈红色;K18中飞燕草素苷含量相对较高(花色为黄色)。研究推测,ANS基因的较高表达可能是K24花瓣中花色苷含量高于K18的原因之一,K18通过CHI、F3′5′H、FLS途径积累了大量黄酮醇而不是花青素,从而影响了花朵颜色的决定。     

‘脆红李’果实发育过程中花色苷含量及相关基因表达分析

花色苷是一类重要的色素,对李红色的形成必不可少。本研究以‘脆红李’为试材,研究了果实发育过程中叶绿素含量、总花色苷含量及果皮主要花色苷组分和含量的变化规律,并分析了Ps PAL、Ps CHS、Ps CHI、Ps F3H、Ps DFR、Ps ANS和Ps UFGT基因在果实不同发育阶段的表达规律。结果表明,随着‘脆红李’果实的生长发育,果皮和果肉中总叶绿素含量呈逐渐下降的趋势;‘脆红李’果肉中不含花色苷,果皮中的花色苷在转色期才开始积累,成熟时达到最大值,为404.37μg/(g·FW),并以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和矢车菊素-3-O-芸香糖苷为主;花色苷合成相关基因在‘脆红李’不同生长发育时期的果皮和果肉中有着特异性的表达,但只有Ps PAL和Ps UFGT基因的转录水平与花色苷含量的正相关性达到极显著水平,表明这两个基因对‘脆红李’果实的着色有着异常重要的调控作用。     

Regulation of gene expression involved in flavonol and anthocyanin biosynthesis during petal development in lisianthus (Eustoma grandiflorum)

To elucidate gene regulation of flower colour formation, the gene expressions of the enzymes involved in flavonoid biosynthesis were investigated in correlation with their product during floral development in lisianthus. Full-length cDNA clones of major responsible genes in the central flavonoid biosynthetic pathway, including chalcone synthase (CHS), chalcone isomerase (CHI), flavanone 3-hydroxylase (F3H), flavonoid 3',5'-hydroxylase (F3'5'H), dihydroflavonol 4-reductase (DFR), anthocyanidin synthase (ANS), and flavonol synthase (FLS), were isolated and characterized. In lisianthus, the stage of the accumulation of flavonols and anthocyanins was shown to be divided clearly. The flavonol content increased prior to anthocyanin accumulation during floral development and declined when anthocyanin began to accumulate. CHS, CHI, and F3H were necessary for both flavonol and anthocyanin biosynthesis and were coordinately expressed throughout all stages of floral development; their expressions were activated independently at the stages corresponding to flavonol accumulation and anthocyanin accumulation, respectively. Consistent with flavonol and anthocyanin accumulation patterns, FLS, a key enzyme in flavonol biosynthesis, was expressed prior to the expression of the genes involved in anthocyanin biosynthesis. The genes encoding F3'5'H, DFR, and ANS were expressed at later stages, just before pigmentation. The genes responsible for the flavonoid pathways branching to anthocyanins and flavonols were strictly regulated and were coordinated temporally to correspond to the biosynthetic order of their respective enzymes in the pathways, as well as in specific organs. In lisianthus, FLS and DFR, at the position of branching to flavonols and anthocyanins, were supposed to play a critical role in regulation of each biosynthesis.     

乙烯利处理对葡萄花色苷合成相关基因表达的影响

利用荧光定量PCR技术分析‘京优’葡萄果实成熟过程中,花色苷生物合成途径相关酶基因mRNA转录水平的变化以及乙烯利处理对果皮中花色苷含量和关键酶基因转录水平的影响。结果显示,葡萄果实发育进入着色期,花色苷合成过程中主要相关基因(CHSs、CHIs、F3Hs、F3′H、F3′5′H、DFR、LDOX、UFGT、OMT和GST)和转录因子(MybA1和MybA1-2)转录水平都显著提高,其中UFGT、GST、MybA1和CHSs、CHIs、F3Hs基因家族中的CHS3、CHI2、F3H2随着花色苷合成而大量转录;乙烯利处理能够增强花色苷合成相关基因的转录,使其转录时期前移和转录水平提高,其中对GST、UFGT和MybA1转录的促进作用最明显。相关性分析表明,花色苷合成与一些花色苷合成相关基因(CHS3、CHI2、F3H2、F3′5′H、UFGT、GST)和转录因子(MybA1)的转录水平呈显著或极显著正相关;与CHS1、CHS2、CHI1、F3H1、DFR、F3′H、LDOX和OMT转录水平的相关性均不显著。本研究结果为进一步阐明花色苷生物合成机理和花色苷类色素的生产应用提供一定的理论依据。     

花青素代谢途径与植物颜色变异

花青素是种子植物呈色的重要色素, 由一系列结构基因编码的酶(CHS、CHI、F3H、F3'H、F3'5'H、DFR、ANS和3GT)催化而成, 随后经过各种修饰被转运至液泡等部位储存。各类器官中差异表达的MYB、bHLH和WDR三种调控因子通过形成MBW复合体直接正调控以上结构基因的表达。这个过程涉及的基因变异常会导致植物的各种颜色变异。在生活中人们广泛利用这些变异品种, 取其丰富色味。造成颜色变异的具体分子机制在很多情况下还不清楚, 但日益积累的个例研究为其中的规律性提供了基础数据。该文概述了花青素的合成、转运过程及其转录调控机制, 探讨了研究颜色变异品种的常用思路及方法。在总结近年工作的基础上, 对生活中常见蔬菜、水果和花卉的颜色变异品种的分子机制进行了综述。     

Analysis of the Expression of Anthocyanin Pathway Genes in Developing Vitis vinifera L. cv Shiraz Grape Berries and the Implications for Pathway Regulation

Anthocyanin synthesis in Vitis vinifera L. cv Shiraz grape berries began 10 weeks postflowering and continued throughout berry ripening. Expression of seven genes of the anthocyanin biosynthetic pathway (phenylalanine ammonia lyase [PAL], chalcone synthase [CHS], chalcone isomerase [CHI], flavanone-3-hydroxylase [F3H], dihydroflavonol 4-reductase [DFR], leucoanthocyanidin dioxygen-ase [LDOX], and UDP glucose-flavonoid 3-o-glucosyl transferase [UFGT]) was determined. In flowers and grape berry skins, expression of all of the genes, except UFGT, was detected up to 4 weeks postflowering, followed by a reduction in this expression 6 to 8 weeks postflowering. Expression of CHS, CHI, F3H, DFR, LDOX, and UFGT then increased 10 weeks postflowering, coinciding with the onset of anthocyanin synthesis. In grape berry flesh, no PAL or UFGT expression was detected at any stage of development, but CHS, CHI, F3H, DFR, and LDOX were expressed up to 4 weeks postflowering. These results indicate that the onset of anthocyanin synthesis in ripening grape berry skins coincides with a coordinated increase in expression of a number of genes in the anthocyanin biosynthetic pathway, suggesting the involvement of regulatory genes. UFGT is regulated independently of the other genes, suggesting that in grapes the major control point in this pathway is later than that observed in maize, petunia, and snapdragon.