植物花青素苷生物合成及调控的研究进展

花青素苷( anthocyanin)是植物新陈代谢过程中产生的类黄酮物质,决定被子植物花、果实、种皮、茎、叶和根等的颜色,具有重要的营养价值和药理作用.近年来关于花青素生物合成途径的研究已取得突破,综述了植物花青素苷基因研究现状和发展趋势,包括植物花青素生物合成途径、参与生物合成途径中相关的结构基因和调控基因及功能研究以及影响花青素苷生物合成的环境因素等的研究进展.     

MBW复合体在植物花青素合成途径中的研究进展

花青素是植物呈色的一种关键物质,它既能赋予植物丰富的色彩,又具有广泛的生物学功能,如抗氧化、抗紫外线、抗病虫害等。植物花青素生物合成途径由一系列结构基因和调节基因协同完成。结构基因表达受MYB、bHLH和WD40类转录因子以其组成的MBW复合体调控。综述了近年来MYB、bHLH和WD40类转录因子及MBW复合物在植物花青素合成中的功能研究进展,总结了花青素合成的各种生物过程和调控网络。     

陆地棉MYB类转录因子基因GhTT2克隆及功能初步分析

原花青素作为植物重要的次生代谢产物,是植物应对生物和非生物胁迫的一种重要防御手段,也是影响植物发育和品质的重要因素。原花青素作为花青素生物合成的一条末端通路在模式植物中已有研究,但是具体代谢和调控机制尚不明确;原花青素作为棕色棉纤维呈色的主要物质,其棉纤维呈色的生化与分子机制仍未完全阐明。本研究从陆地棉(Gossypium hirsutum)中克隆了一个MYB类转录因子基因GhTT2 (transparent testa 2),并对其基因结构、表达模式、亚细胞定位及功能进行了分析。结果表明：GhTT2转录因子具有典型的MYB结构域,在纤维中优势表达,其转录水平随花青素含量增加而降低;该基因可被原核诱导表达;与GFP融合的重组蛋白定位在细胞核;酵母转化结果表明GhTT2具有转录激活功能;在棉花中沉默GhTT2基因的表达,导致原花青素含量显著降低,表明其可能参与调控陆地棉原花青素的生物合成。本研究结果为深入阐明MYB类转录因子参与调控植物原花青素生物合成途径的分子机制提供参考。     

植物花青素生物合成与调控的研究进展

花青素是一种广泛存在于植物中的水溶性色素,在植物抗逆和预防人类慢性疾病中起着重要作用。花青素生物合成过程在模式植物中的研究较为清晰,其过程主要受多种结构基因编码的酶类及转录调控因子(MYB、bHLH和WD40蛋白)控制。此外,LBD基因家族中的LBD37、LBD38和LBD39基因对花青素的生物合成起负调控作用,microRNA和环境因子对花青素的生物合成过程也起到了调控作用。同时,茉莉酸、赤霉素和脱落酸等植物激素也参与了花青素的生物合成调控过程。近年来,随着人们对植物花青素研究不断深入,越来越多的研究结果揭示花青素合成途径的分子调控机制在不同种植物中存在很大的差异性和复杂性。该文对植物花青素的合成途径、相关酶和各种调控因子进行了综述,并概述了植物花青素合成代谢中基因突变与花色变异的关系,旨在为今后深入研究花青素的分子调控机制,解析其遗传规律以及利用基因工程开展作物遗传改良等方面提供理论依据。     

植物花青素合成途径中的调控基因研究进展

花青素广泛分布于高等植物中,是一种水溶性的植物色素,与农作物的多种品质性状密切相关。虽长期受到关注,但其生物合成途径则是近年来随着拟南芥等植物突变体研究的深入才取得突破的。对于花、果实和种子中的花青素研究始终是热点,近来国内外有很多关于花青素合成与基因调控发明研究的报道。随着研究的深入不仅可以为医疗保健等提供科学依据,而且有助于其在农业生产中应用。本文综述了植物花青素基因的研究现状和发展趋势,包括植物花青素生物合成途径,生物合成途径中相关转录因子的调控,以及已经分离和克隆的调控基因在功能方面的研究进展。     

植物花青素合成的环境调控研究进展

花青素是一种重要的色素,与植物茎、叶、花瓣、果实、种皮等组织器官的呈色密切相关。植物花青素的生物合成主要受遗传控制,环境因子也对其合成有重要调控作用。环境主要通过影响结构基因和转录因子的表达而影响花青素的积累与植物显色。温度、光照、糖、激素、干旱、盐、低氮、pH值等均对植物花青素的生物合成有显著影响。本文综述了环境因子对植物花青素合成代谢调控的研究情况,以期为花青素合成代谢的相关研究提供参考。     

花青素转录因子调控机制及代谢工程研究进展

花青素是广泛存在于植物中的一类重要的类黄酮化合物, 在植物生长发育和人类营养保健方面具有重要价值。花青素的生物合成途径已经解析得比较清楚, 但花青素的代谢调控网络还在不断完善。调控花青素生物合成的转录因子主要包括MYB、bHLH和WD40三大类, 这些转录因子通过激活或抑制CHS、ANS和DFR等花青素途径关键结构基因的表达水平, 进而决定花青素积累的部位与水平。该文结合国内外花青素生物合成与转录调控方面的研究进展, 简要介绍了花青素的生物合成途径, 归纳总结了模式植物中花青素代谢调控的分子机理, 尤其是MYB、bHLH和WD40三类主要转录因子的调控机理, 以及这些转录因子在观赏植物和水果等经济作物花青素代谢工程中的应用。该文将为系统阐明花青素的转录调控机制和利用代谢工程改良花青素的相关研究提供有益参考。     

植物花青素合成代谢途径及其分子调控

植物花青素是一种天然食用色素,具有安全、无毒的特点,具有预防心脑血管疾病、保护肝脏与抗癌等多种重要的营养和药理功能。因此,花青素在食品、医药保健、园艺和作物改良等方面均具有重要研究价值和应用潜力。该文综述了植物花青素合成代谢途径及其分子调控研究进展,概述了植物花青素的生物合成、代谢以及积累过程,重点介绍了影响植物花青素代谢的结构基因和调控基因及其作用机制,同时展望了花青素合成代谢相关基因的研究应用前景和发展趋势。     

脱落酸激素诱导拟南芥幼苗中花青素的合成

脱落酸(abscisic acid,ABA)激素是一类重要的生长调节物质,参与调控植物的多种生理过程。花青素(anthocyanins)是植物次生代谢产生的类黄酮化合物,对植物的生长发育和逆境胁迫响应有重要作用。该文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究对象,探讨ABA信号对花青素生物合成的调控功能和作用机制。结果表明:外源施加ABA显著提高野生型幼苗茎尖中花青素的积累。相一致的是,ABA能诱导某些与花青素合成相关的转录因子及合成酶基因的表达。遗传学分析发现,ABA诱导花青素合成部分依赖于MBW复合体中的核心转录因子,如TTG1、TT8及MYB75等。初步机制研究揭示,ABA信号途径中的bZIP类转录因子ABI5能与TTG1、TT8及MYB75等相互作用形成蛋白复合物。综上结果认为,ABA信号诱导拟南芥幼苗中花青素的积累,并可能通过ABI5与MBW复合体协同作用调控花青素的合成。     

生物钟PRR蛋白促进拟南芥幼苗中花青素的合成

生物钟(circadian clock)是激发植物生理特征节律性表达，并使之维持稳定的保守内源调节机制。PRR(PSEUDO-RESPONSE REGULATOR)蛋白家族是生物钟中央振荡器的重要组成部分，调控植物的种子萌发、下胚轴伸长和开花等多种生命过程。花青素(anthocyanin)是植物次生代谢产物，对植物的繁衍、生长发育和抵抗逆境胁迫具有重要作用。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为对象，探讨生物钟PRR蛋白对花青素生物合成的调控功能和分子机制。结果表明：(1)在PRR基因单突变体及多突变体幼苗中，花青素的积累明显降低，某些花青素合成相关基因的表达也显著降低。(2)相反，在PRR5过表达幼苗中，花青素的积累以及某些花青素合成相关基因的表达则显著升高。(3)蛋白相互作用结果显示，PRR5蛋白能与MYB75、TT8、MYB90及MYB113等花青素调控蛋白相互作用，并形成复合物。(4)遗传学分析结果显示，拟南芥PRR5诱导幼苗中花青素的合成依赖于MYB家族花青素调控蛋白。综上认为，生物钟PRR蛋白可能通过PRR5与MYB75、TT8等相互作用，促进拟南芥幼...     

植物花青素生物代谢调控

花青素是一类重要的天然色素物质,是植物的主要呈色物质之一,近年来花青素在保健方面的作用越来越受到人们的重视,利用基因工程改造植物花青素相关基因,提高花青素含量已成为研究的热点领域。综述花青素的合成途径、调控机理及转基因方面的研究,重点介绍近年来影响花青素合成的分子因素及外部环境因素的研究现状。     

植物花色素苷生物合成的转录调控

转录调节是植物花色素苷生物合成途径中调节其结构基因表达的重要环节之一。近十多年来,通过调节转录因子的表达激活或抑制有效地调控植物中花色素苷的合成成了众多植物学家研究的重点。现简要介绍了花色素苷的合成运输过程与液泡的沉积扣押、转录因子与调控及转录调节在遗传改良中的应用等方面的研究进展。     

赤霉素生物合成与信号传递对植物株高的调控

植物株高是影响作物产量和品质的重要农艺性状。赤霉素(Gibberellins,GAs)是调控植物株高的重要激素,GA相关株高基因的克隆与分子机制研究对于合理调控作物生长发育和农业生产具有极其重要的利用价值,在水稻、小麦等粮食作物育种中得到了广泛应用。为了促进GA在果树、花卉等园艺作物育种中的有效利用,文中在分子生物学水平上介绍GA生物合成和GA信号传递途径对植物株高的调控。     

多胺类代谢与园艺作物生长发育关系研究进展

本文综述了国内外近年来对多胺类物质与园艺作物生长发育关系的研究报道。就多胺类的合成途径、对植物生长发育的调控作用以及在园艺作物上的应用进行了概述。     

蓝色花形成分子机理研究进展

花色是观赏植物的重要特征, 在自然界中蓝色花占比很少, 很多观赏植物都缺少蓝色种质。因此, 研究蓝色花形成的分子机理对于蓝色花定向育种具有重要意义。研究表明, 花色的形成主要是通过花青苷积累, 花青素通过糖基化形成花青苷, 再通过酰基、甲基化修饰及金属离子络合反应, 在特定的液泡pH环境中呈现出稳定的蓝色。该文从花青苷合成与代谢途径入手, 对蓝色花形成关键基因功能、花青苷各位点酰化的影响、金属离子的作用、液泡pH值相关基因研究及蓝色花分子育种等方面进行综述。     

Transcriptome analysis reveals anthocyanin acts as a protectant in <Emphasis Type="Italic">Begonia semperflorens</Emphasis> under low temperature

Anthocyanins are natural bioactive pigments in plants that play important roles in many physiological functions. They are found in various tissues and can protect plants against different stress conditions. Anthocyanins are synthesized and accumulate in nutritional organs, which is crucial for plants to adapt to and resist adverse environmental conditions, including high exposure to light, ultraviolet light, low temperatures, drought, pests and disease. Some progress has been made in understanding the adaptability of anthocyanin to the external environment. Begonia semperflorens is an excellent model for studying the function and regulation of anthocyanin synthesis. To investigate the biosynthesis and regulation of anthocyanins, RNA sequencing techniques were employed to investigate anthocyanin biosynthesis induced by low temperature in B. semperflorens leaves. A total of 74,779 unigenes with a mean length of 1249 bp were assembled. Functional annotations were implemented using five protein databases. Differentially expressed genes involved in the process of anthocyanin biosynthesis were identified. This study represents the first report of a broad-scale gene expression study on B. semperflorens.     

水稻花色苷含量的遗传研究进展

花色苷作为水稻重要的生物活性物质,已成为当前功能性水稻研究开发的热点之一。本文从水稻花色苷的生物合成及其组成成分入手,着重介绍了水稻花色苷含量的影响因素、遗传及分子机理的研究现状以及富集花色苷水稻种质鉴定、筛选与创新现状,并探讨了今后以提高水稻花色苷含量为目标的功能性水稻研究内容和方向。     

Production of anthocyanins by plant cell cultures

Anthocyanins, responsible for the various attractive colors in plants, are becoming important alternative to many synthetic colorants due to increased public concerns over the safety of artificial food colors. Production of anthocyanins by plant cell cultures has been suggested as a feasible technology that has attracted considerable industrial and academic interests in the past two decades. This paper is to provide an overview of the present status and the future prospects in the commercial development of plant cell cultures for production of anthocyanins. The focus is on the strategies for enhancement of anthocyanin biosynthesis to achieve an economically viable technology for commercial applications. Through strain improvement, optimization of media and culture conditions, and intelligent process strategies such as elicitation and two-stage system, significant enhancement in productivity has been achieved in a number of cultures. However the yield of anthocyanins obtained so far is still far away from the full potential of anthocyanin synthesis by plant cell cultures. Further improvements require the insights on the regulation of anthocyanin synthesis, accumulation, storage and breakdown that will eventually lead to genetic manipulation of anthocyanin biosynthesis. Many studies have elucidated the metabolic pathway of anthocyanin biosynthesis. Preliminary studies on the regulation of anthocyanin biosynthesis on the levels of genes and enzymes are reviewed, showing that it is feasible to clone genes from secondary metabolism with an improved yield of anthocyanins. There is currently no commercial-scale trial for production of anthocyanin by plant cell cultures, but an intelligent integration of those existing strategies could provide a technology for industrial application competitive to the current production methods.