植物花青素生物合成中的调控基因

文章概述了植物花青素的生物合成途径,重点介绍了植物花青素调控基因在几个重要的模式植物中的调控特点及其调控机制。     

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。     

桑树花青素合成相关MYB类转录因子的鉴定与功能分析

该研究通过生物信息学方法,从桑树基因组中获得了8个花青素生物合成调控关键转录因子（MYB）候选基因,利用转录组数据及实时荧光定量PCR技术,分析了各基因在不同组织及果实发育过程中的表达。聚类分析结果显示,4个MYB基因与葡萄、水稻和玉米花青素调控相关MYB基因聚为一类,仅1个MYB基因与拟南芥、苹果花青素调控相关MYB基因聚为一类。转录组数据显示多数基因在雄花中高水平表达。实时荧光定量PCR结果表明,2个MYB基因（MnMYBJ和MnMYB4）在果实发育过程中持续下调,1个MYB基因（MnMYB330）在果实发育过程中显著上调,分别与花青素在桑椹中的积累成负相关和正相关关系。因此,桑树MYB基因家族对花青素的积累可能存在正调控与负调控两种机制。     

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.     

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。     

花青素合成途径中分子调控机制的研究进展

花青素是广泛存在于植物中的天然水溶性色素。植物不同物种中花青素生物合成代谢途径的遗传特性和调控机制决定了该物种的花色。目前花青素生物合成途径的研究已清晰透彻。花青素合成途径的调控主要发生在结构基因的转录水平上,受多种转录因子的调控。研究发现,对花青素代谢途径中结构基因起调控作用的重要转录因子,主要包括WD40重复蛋白、b HLH蛋白和R2R3-MYB蛋白,这些转录因子之间的结合及其相互作用决定结构基因的表达。本文着重介绍花青素生物合成途径的分子调控机制,即转录因子通过形成三聚体复合物,与结构基因的启动子结合来调控结构基因的表达,并概述其在花色改造基因工程及定向改变花青素含量中的应用。     

花青素合成中的WD40蛋白

本文着重概述了不同植物中花青素合成WD40类转录调控因子的研究进展。     

植物叶色形成调控机制研究进展

彩叶植物具有色彩鲜艳、观赏期长等特点,有助于提高城市绿化的观赏性。叶绿素、类胡萝卜素和花青素等天然色素的含量变化使叶片产生绿色、黄色、白色和紫红色等颜色,3种色素在光反应、响应生物和非生物胁迫中发挥重要作用。本文对影响叶绿素、类胡萝卜素和花青素生物合成途径遗传调控和外部环境因子综述,为解释叶片呈色机制提供理论基础。现有研究表明,光(光周期、光照强度及光质)、温度、干旱和盐等环境因子及激素变化均会刺激HY5、PIFs、DELLA等转录因子和结构基因转录,同时甲基化、乙酰化等染色质修饰和miRNAs、lncRNAs等转录后表观遗传修饰也会直接或间接调控3种色素生物合成途径基因的表达。虽然目前3种色素生物合成途径已较清晰,但有关彩叶林木3种色素代谢与环境信号、体内激素的具体调控模式仍有待进一步研究。未来可构建彩叶植物杂交群体和种质资源库,并利用基因组、转录组、蛋白组、代谢组和表型组等多组学技术为创制彩叶新种质提供可能。     

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。     

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。     

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。     

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。     

花色形成与花生长的调控

结合笔者的研究结果,对光、糖和GAs在花生长及花色形成中的作用和可能的调节机制进行了综述。光通过光受体介导的高辐照度反应(HIR)和光合作用调控花生长及花色素苷合成;糖作为碳源和渗透调节因子,影响花瓣细胞的生长及花色素苷积累,依赖己糖激酶的信号途径可能在糖的调控中起作用;GAs通过调节特异基因的转录间接地诱导花色素苷合成途径中结构基因的表达。