光照强度对成熟红颜草莓果实着色和花青素生物合成的影响及可能的分子机制

为了研究光照对红颜草莓（Fragaria×ananassa Duch.‘Benihoppe’）果实着色、花青素含量及花青素合成相关基因表达的影响,本文采用高效液相色谱法（HPLC）和实时荧光定量PCR技术测定了不同遮阴处理下（透光率100%、75%、25%）草莓果实花青素含量及色素相关基因的表达情况。结果显示,与100%透光率下的草莓果实相比,在75%和25%透光率下合成的花青素含量分别下降了41.58%和92.54%;和花青素合成相关基因的表达也都有不同程度的下降,其中二氢黄酮醇4-还原酶基因（FaDFR）、类黄酮-3'羟化酶基因（FaF3'H）和类黄酮3-O-糖基转移酶基因（FaUFGT）的表达与花青素含量相关性达到显著水平;此外,在遮光条件下转录因子FaMYB10、FaMYB1表达也明显下调。可见,光照是影响草莓果实着色的关键环境因素,遮光抑制色素相关功能基因和转录因子的表达,阻碍了果实中花青素的合成,最终导致果实着色差异。     

低温对牡丹切花花色和花青素苷合成的影响

以牡丹洛阳红(Paeonia suffruticosa‘Luoyang Hong’)开放级别为蕾开期的切花为材料,研究不同温度(22℃、15℃和4℃)处理对切花花色和花青素苷合成的影响。结果表明:与22℃处理相比,15℃和4℃处理切花花色明度下降、红度和彩度增加,花瓣花青素苷含量增加。对花青素苷合成相关基因表达量分析的结果表明:15℃和4℃低温促进与花青素苷合成相关的PsCHS1、PsCHI1、PsF3'H1、PsANS1、PsDFR1、PsMYB2、Psb HLH1和Psb HLH3基因的表达。低温对花青素苷上游合成途径中PsCHS1和PsCHI1基因进行调控;下游合成途径中PsDFR1、PsANS1和PsF3'H1基因对低温的响应相对敏感,4℃处理后基因的表达量大幅上调,且显著高于15℃处理组。上述所提到的结构基因和调节基因均是受低温调控的关键基因,进而影响牡丹洛阳红切花花青素苷合成与积累。     

津田芜菁和赤丸芜菁花青素合成相关基因的筛选

目的：确定赤丸芜菁块根花青素积累与光照时间的相关关系,筛选并鉴定依光型和非依光型花青素合成相关基因。方法：以不同时间的恒定光照处理赤丸芜菁块根,利用紫外-可见分光光度计测定块根花青素含量;利用芯片杂交和Northern杂交筛选并鉴定津田芜菁和赤丸芜菁花青素合成相关基因。结果：赤丸芜菁块根皮花青素的积累与光照时间无明显相关性;芯片杂交试验中,共有25个基因的表达发生明显变化,其中赤丸芜菁中表达上调的基因有6个,津田芜菁中表达上调的基因有19个;Northern杂交验证显示,津田芜菁中恒定光可以诱导细胞色素P450单加氧酶和一种假定的转运蛋白的编码基因表达,这些基因的表达量与处理时间存在相关关系。结论：筛选了部分花青素合成相关基因,为阐述依光型和非依光型花青素生物合成机制奠定了基础。     

蔗糖调节拟南芥花青素的生物合成

为了探讨糖在花青素合成过程中的调节作用,采用蔗糖和其代谢糖（葡萄糖 和果糖）组合处理拟南芥幼苗.实验结果表明,60 mmol/L蔗糖处理显著提高拟南芥 幼苗的花青素、还原糖含量,并上调花青素合成相关基因（CHS, FLS-1, DFR, LDOX, BANYULS）的转录,对叶绿素含量和UGT78D2基因的转录无影响;20 mmol/L 葡萄糖+20 mmol/L果糖处理,对花青素、叶绿素和还原糖的含量无影响,对花青素 合成相关基因转录影响不一;20 mmol/L蔗糖+20 mmol/L葡萄糖+20 mmol/L果糖处 理后,花青素和还原糖含量介于前两个处理之间,也上调花青素合成相关基因的转 录;但和蔗糖处理组相比,上调UGT78D2基因转录,下调FLS-1基因转录.在不同处 理组之间,花青素含量变化和还原糖含量变化趋势相同,有可能糖在调节花青素 合成的同时也调节还原糖含量.因此,蔗糖既可以通过蔗糖特异信号途径,也可以 和其代谢糖通过其他途径共同调节拟南芥花青素的生物合成.     

光照对柑橘果皮类胡萝卜素和色泽形成的影响

以“红柿柑”为试材,在柑橘果实膨大末期通过套袋遮光处理以抑制果皮光合作用,研究光照对果皮糖、叶绿素、类胡萝卜素及果实外观色泽的影响。结果表明,遮光后果皮叶绿素含量迅速下降引起果实转色提早,但各种类胡萝卜素含量及总量并未提高,而是显著下降;至果实成熟时由于遮光与光照处理的果皮叶绿素均消失,遮光果实类胡萝卜素含量低颜色变淡,与光照处理相比,遮光前期果皮糖含量下降不大,而后期下降明显;若在后期去袋照光,果皮糖含量上升,与此相应,类胡萝卜素,尤其是β-隐黄质的积累增加,颜色加深,表明光对果皮类胡萝卜素合成尤其是β-隐黄质的积累有促进作用,其原因是光以环境信号的方式影响果皮的类胡萝卜素形成。     

外源赤霉素对心里美萝卜幼苗花青素的影响

花青素是植物体内广泛存在的一类天然色素,具有重要的生理功能。花青素合成途径可受多种因素调控,其中植物生长激素赤霉素（gibberellic acid,GA）对其的调控作用报道较少。本文用不同浓度的赤霉素处理心里美萝卜幼苗,以探讨它对花青素含量的影响。结果表明,外源GA3处理显著增加了萝卜幼苗的下胚轴长度,并提高了下胚轴中α-淀粉酶活性;显著降低下胚轴中花青素的含量。1 μmol/L GA3处理效果较好;处理后第3 d和第5 d,花青素合成的关键酶查尔酮合酶、查尔酮异构酶和花青素还原酶编码基因的表达水平均低于对照组。同时,外源GA3显著诱导过氧化物酶活性的升高。上述结果表明,外源赤霉素可能通过下调花青素合成基因的表达,提高过氧化物酶活性和促进下胚轴伸长生长降低花青素的水平。     

植物花青素合成相关的bHLH转录因子

花青素是由类黄酮途径一个特异的分支合成的,它不仅能够决定花和果实的颜色,还能保护植物免受各种生物和非生物胁迫损伤。bHLH转录因子广泛存在于植物中,在植物的生长发育与形态建成、次级代谢产物的合成及对外界环境胁迫应答中起着重要的调控作用。近年来,随着大规模基因组测序技术和分子生物学的发展,植物中越来越多的bHLH转录因子得到鉴定。本文主要对花青素合成相关的bHLH转录因子及其在调节结构基因表达和花青素合成中的作用进行了综述。     

不同红光/远红光比例(R/FR)的光照影响番茄幼苗叶片中花青素合成的研究

硫灯或氙灯具有不同的红光／远红光比例(R／FR,前者为1．5,而后者为1)。研究结果表明,硫灯照射下生长的番茄幼苗叶片与太阳光下相似,能正常合成花青素;而氙灯照光生长的番茄幼苗叶片中的花青素合成受到严重抑制,通过分光光度法测定的花青素含量仅为前者的1／9。进一步在硫灯下培养红光／远红光受体(光敏素B族)单突变和双突变的番茄幼苗中,发现单突变体phyB1和双突变体phyB1phyB2的叶片花青素含量显著低于野生型,分别为野生型的1／3和1／15,由此推测花青素合成途径受到了红光／远红光比例的影响。HPLC结果又表明,硫灯和氙灯照光生长的番茄幼苗叶片中黄酮醇总量没有显著差异。我们推测氙灯下番茄幼苗花青素合成过程可能抑制位点是二氢黄酮醇还原酶或白花色素双氧酶两个催化步骤。     

冬性植物红菜薹在不同温度处理下花青素积累的分子机制

芸薹属植物红菜薹（Brassica rapa）是一种常见的蔬菜,它的花茎和叶柄表皮中均积累有花青素。为了解红菜薹中花青素合成的分子机制,进行了花青素含量的测定和花青素合成相关基因的表达分析。研究结果表明,叶柄表皮中的花青素含量显著高于叶片（去主脉）的花青素含量。同时,叶柄表皮花青素合成相关基因的表达水平高于叶柄（去表皮）和叶片（去主脉）的表达水平,这表明红菜薹中花青素的合成调控发生在转录水平。BrMYBA1仅在叶柄表皮中表达,但BrbHLH1和BrWD40在叶片和叶柄表皮中均能检测到表达。因此,BrMYBA1的转录激活可能与红菜薹的花青素合成相关。连续低温处理时,红菜薹叶柄表皮中的花青素含量逐渐增加,而该组织中花青素合成的结构基因表达水平逐渐降低。     

心里美萝卜花青素合成酶基因RsANS克隆及花青素生物合成相关基因表达分析

花青素合成酶(ANS,anthocyanidin synthase)是植物花青素合成的关键酶,催化无色花色素转变成有色花色素。本研究从心里美萝卜HX12Q-49中克隆获得了花青素合成酶基因Rs ANS(Gen Bank登录号:KR262954)。该基因全长1137 bp,包含2个外显子和1个内含子;开放阅读框1071 bp,编码356个氨基酸。同源性分析显示Rs ANS蛋白与大白菜、甘蓝和芥菜ANS蛋白同源性较高。qRT-PCR表明Rs ANS在心里美萝卜5个不同发育时期均有表达,且在破肚期表达量最高。通过对花青素合成途径其他8个结构基因和3个调控基因表达进行分析,结果显示心里美萝卜中b HLH转录因子在不同发育时期的表达模式与Rs ANS、CHI、DFR和UFGT基本一致,即在破肚期的表达量最高;WD40转录因子的表达与CHS类似,其表达量在芽期、破肚期、膨大前期和膨大盛期逐渐上升,随后在成熟期下降。     

环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理

花青素苷（anthocyanin）是决定被子植物花、果实和种皮等颜色的重要色素之一。花青素苷的合成与积累过程往往与植物发育过程密切相关,由内外因子共同控制。环境因子通过诱导植物体内花青素苷合成途径相关基因的表达来调控花青素苷的呈色反应。该文追踪了国内外相关研究,认为光是影响花青素苷呈色的主要环境因子之一,光质和光强均能在一定程度上影响花青素苷的合成,其中光质起着更为关键的作用;低温能诱导花青素苷的积累,高温则会加速花青素苷的降解;不同的糖类物质均能影响花青素苷的合成,大部分结构基因和调节基因的表达均受糖调控。关于花发育与花青素苷呈色的关系、观赏植物花色对环境因子的响应以及花青素苷抵御逆境的机理尚待深入研究。因此,综合考察花发育与植物花青素苷合成及其呈色之间的关系,特别是光周期对花发育的影响导致花青素苷合成及呈色的机理是花色研究的一个重要课题。利用环境因子调控花色将会极大地提高花卉的观赏价值。     

环境因子调控植物花青素苷合成及呈色的机理

花青素苷(anthocyanin)是决定被子植物花、果实和种皮等颜色的重要色素之一。花青素苷的合成与积累过程往往与植物发育过程密切相关, 由内外因子共同控制。环境因子通过诱导植物体内花青素苷合成途径相关基因的表达来调控花青素苷的呈色反应。该文追踪了国内外相关研究, 认为光是影响花青素苷呈色的主要环境因子之一, 光质和光强均能在一定程度上影响花青素苷的合成, 其中光质起着更为关键的作用; 低温能诱导花青素苷的积累, 高温则会加速花青素苷的降解;不同的糖类物质均能影响花青素苷的合成, 大部分结构基因和调节基因的表达均受糖调控。关于花发育与花青素苷呈色的关系、观赏植物花色对环境因子的响应以及花青素苷抵御逆境的机理尚待深入研究。因此, 综合考察花发育与植物花青素苷合成及其呈色之间的关系, 特别是光周期对花发育的影响导致花青素苷合成及呈色的机理是花色研究的一个重要课题。利用环境因子调控花色将会极大地提高花卉的观赏价值。     

不同花色菊花品种花色素结构基因的表达特性

对红色、黄色、粉紫色和白色菊花品种不同开放度的花序舌状花中CHS、CHI、DFR、F3H、F3′H和3GT基因的表达量进行了相对定量分析。结果表显示:6个基因的表达因不同花色、不同发育阶段而异。‘钟山红鹰’(红色)中各基因的表达量均较高,且均在Ⅱ(松蕾期)或Ⅲ(半开期)期达到峰值,其中DFR、3GT基因的表达量远高于其他花色品种。‘金陵娇黄’(黄色)中CHS、CHI基因表达量较高,且Ⅰ(紧蕾期)、Ⅱ期表达量高于Ⅲ、Ⅳ(盛开期)期;3GT、DFR基因表达量分别高或低于‘金陵笑靥’(粉紫色)品种中相应基因的表达量,但均比红色品种低;F3H在4个品种中表达量最低,F3′H表达量接近或略低于红色或粉紫色品种,且各阶段表达水平较稳定。‘金陵笑靥’中DFR表达量仅次于‘钟山红鹰’,3GT和CHS表达量低于红色与黄色品种。‘钟山雪桂’(白色)中各基因仅有微量表达,除F3H外各基因的表达量明显低于其他花色品种。研究表明,花色素结构基因DFR、3GT是菊花花色素合成的关键基因,DFR很可能是限速关键基因,一定表达水平的CHS、CHI也是菊花花色素合成所必须的,F3H基因与花色素合成不存在直接相关。     

Photocontrol of Anthocyanin Synthesis: IV. Dose Dependence and Reciprocity Relationships in Anthocyanin Synthesis

Under continuous far red light, anthocyanin synthesis in young, dark-grown cabbage seedlings (Brassica oleracea cv. Red Acre) is irradiance-dependent and fails to follow the reciprocity (irradiance × time = constant) relationships. Under intermittent far red treatments extended over a prolonged period of time, anthocyanin synthesis becomes dose dependent, and reciprocity relationships are valid. Intermittent far red treatments with short dark intervals between successive irradiations are as effective as continuous treatments, if the total radiation doses applied with the two types of treatments are equal and are applied over equally long periods of time. The high effectiveness of inter-mittent treatments, the dose dependence, and the validity of the reciprocity relationships suggest that cycling between red-absorbing form of phytochrome and far red-absorbing form of phytochrome and the formation of electronically excited far red-absorbing form of phytochrome, or the involvement of a second photoreactive system, besides phytochrome, may play only a minor role in high irradiance reaction anthocyanin synthesis brought about by prolonged exposures to far red irradiation.     

Light Control of Anthocyanin Biosynthesis in Zea Seedlings

Evidence for involvement of two non-photosynthetic pigments in photoinduction of anthocyanin biosynthesis in the roots and mesocotyls of Zea mays L. seedlings is presented. Short (5 min), low energy (4.5 × 10³ J m^?2) fluences of red light neither induced anthocyanin synthesis nor enhanced phenylalanine ammonia-lyase activity in dark-grown maize seedlings. Little anthocyanin synthesis and no enhancement of phenylalanine ammonia-lyase activity was induced by continuous far-red light. Continuous white or blue light induced both anthocyanin synthesis and enhanced phenylalanine ammonia-lyase activity. These results show that phytochrome alone cannot induce anthocyanin synthesis in maize seedlings. However, a strong phytochrome mediation of white light induced pigment synthesis was demonstrated. This effect was not demonstrable with white light enhanced phenylalanine ammonia-lyase activity, indicating that phytochrome controls another step in anthocyanin biosynthesis.     

Photocontrol of Anthocyanin Synthesis: VII. Factors Affecting the Spectral Sensitivity of Anthocyanin Synthesis in Young Seedlings

Light-dependent anthocyanin synthesis is a typical high irradiance response (HIR) of plant photomorphogenesis. The spectral sensitivity of this response in young seedlings of cabbage and tomato is strongly affected by the length and mode of application of the light treatments. This observation suggests that the different experimental conditions, used in different action spectroscopy studies, might have been responsible, at least in part, for some of the reported differences in the characteristics of the HIR action spectra of different response-system combinations. In both cabbage and tomato, the values of the far red/blue, far red/red, and blue/red action ratios increase with increasing durations of the light treatments; this finding is in agreement with hypotheses of K. M. Hartmann (1966, 1967) and E. Schäfer (1975) for phytochrome action in the HIR. The similarity in the trend of change of the values of the action ratios suggests the possibility that the photomorphogenic pigment system, involved in the photoregulation of anthocyanin synthesis, may be the same in cabbage and tomato, even though there are some differences in the spectral sensitivity of the response between the two species.     

蓝标型核不育小麦花药转录物组学及花色素苷合成相关基因的表达分析

为了揭示蓝标型小麦核雄性不育的分子机制,更好地利用隐性核不育小麦杂种优势,本研究以蓝标型白粒小麦WS（不育）和浅蓝粒小麦WF（育性正常）植株花药为试验材料,利用转录物组学技术对两者差异表达基因进行了分析,并对其中涉及花色素苷合成相关基因进行了验证。结果表明： WF与WS相比,共检测到2 352个差异表达基因,这些基因经GO功能注释分为3大类43个小类,主要涉及生物合成、苯丙烷代谢、L-苯丙氨酸分解代谢、膜组成部分、质膜、细胞质、ATP结合和蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性等。 KEGG通路分析结果显示,苯丙烷类生物合成通路富集基因最多,有159个,其次是苯丙氨酸代谢通路,包含136个显著差异表达基因,其他还涉及多种氨基酸代谢、嘌呤代谢、嘧啶代谢及糖代谢通路;与花青素代谢直接相关的通路中,多个控制关键酶结构基因存在差异表达,且大多数在WF中上调表达,只有黄烷酮3-羟化酶基因（flavanone 3-hydroxylase,F3H）和无色花青素双加氧酶基因（anthocyanin dioxygenase,ANS）下调表达;实时荧光定量分析显示,10个与花青素代谢相关基因实际表达情况和转录物组测序数据中基因表达情况具有相同的上下调趋势;差异基因序列同源性分析显示,筛选出的2个转录因子（DN48762c2g1、DN25944c0g1）与玉米、水稻及拟南芥花色素苷合成调控转录因子聚为同一簇,可能是蓝标型小麦浅蓝粒植株蓝色糊粉层性状的候选基因。并且荧光定量分析表明,DN48762c2g1和DN25944c0g1在WF中的表达量要明显高于WS。综上认为,花青素的生物合成途径相关基因不仅与籽粒蓝色性状有关,而且可能参与了蓝标型核不育系的花药败育。