植物二氢黄酮醇4-还原酶基因的研究进展

二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是花青素合成途径的关键酶,在花色的修饰中起重要作用。我们简述了DFR基因及其调节基因的研究进展,构建的系统进化树体现了部分单子叶与双子叶植物间的亲缘关系与进化差异,阐述了DFR调控基因的调控机制及DFR基因的应用前景。     

二氢黄酮醇 4 还原酶在花青素合成中的功能及调控研究进展

植物色素主要有花青素、类胡萝卜素和生物碱类色素三大类,其中花青素是决定大部分被子植物组织或器官颜色的重要色素。花青素通过类黄酮途径合成,该途径是生物学上研究较多且较为清楚的代谢途径之一。近年来的研究表明,在该途径中除了查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)和黄烷酮-3-羟化酶(flavanone-3-hydrolase,F3H)起着关键作用外,二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol 4-reductase,DFR)对花青素的合成也至关重要。DFR可催化3种二氢黄酮醇和2种黄烷酮生成5种不同的花青素前体,且DFR基因家族不同成员对各个底物的催化效率不同,因此它在一定程度上决定着植物中花青素的种类和含量,从而影响植物组织或器官的颜色。该文对近年来国内外有关DFR在花青素合成过程中的生物学功能与调控,包括DFR的特征、作用机制和系统进化以及环境、转录因子和一些结构基因与DFR的关系等方面的研究进展进行了综述,以期为DFR今后的研究和利用基因工程改变植物组织或器官的颜色提供理论依据。     

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.     

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。     

毛白杨二氢黄酮醇-4-还原酶基因PtDFR的克隆和特性分析

二氢黄酮醇-4-还原酶(dihydroflavonol-4-reductase,DFR)是调控花青素合成的关键酶。DFR对底物的选择是决定植物中花色苷种类的重要因素,并在很大程度上决定花青素的比例,最终使植物呈现不同的颜色。此外,DFR基因家族中的不同成员对底物具有不同的催化效率,影响了植物中花青素的种类和含量,从而使植物组织或器官呈现不同的颜色。该文在分析已有毛白杨转录组数据的基础上,以毛白杨二氢黄酮醇-4-还原酶基因为研究对象,设计了一对PCR引物,以毛白杨基因组DNA为模板,通过PCR扩增获得了毛白杨DFR基因家族的1个成员,命名为PtDFR。测序结果表明,该基因序列全长为1 591 bp,包含6个外显子和5个内含子,CDS长度为954 bp,编码317个氨基酸,具有1个NADP(H)保守结构域。氨基酸序列相似性分析和进化分析表明,毛白杨与银白杨、毛果杨DFR的氨基酸相似性分别高达95.65%和94.21%,而与柑橘、枣、葡萄等7个物种DFR的氨基酸相似性达到82.14%～89.29%。转录组数据分析显示,PtDFR在不同组织器官中的表达量存在明显差异,萌动营养芽表达量最高,休眠营养芽最低,且不同时期雌雄花芽表达趋势相似,该研究结果将为深入探究PtDFR的功能奠定基础。     

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.     

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。     

七彩红竹二氢黄酮醇4-还原酶基因IhDFR1的克隆及表达分析

二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是植物花色素苷合成途径中的关键酶,在植物花色的形成过程中起重要作用。依据七彩红竹转录组数据设计特异引物,采用ImPcR技术从七彩红竹中克隆获得了一个新的DFR基因cDNA全长,命名为IhDFR1（登录号为KF728205）。序列分析结果表明,IhDFR1基因cDNA全长945bp,编码314个氨基酸。生物信息学预测显示,该基因编码的蛋白具有典型的DFR蛋白功能结构域,存在2个特异结合位点,属于非Asn／Asp型DFR酶,与禾本科植物中的DFR具有较高的相似性。对不同发育时期七彩红竹的IhDFR1基因进行时空表达的结果显示,只有在竹秆颜色呈现红紫色时,IhDFR1基因才有表达。以上结果初步显示IhDFR1蛋白可能作为一个重要的酶参与竹秆花色素苷的代谢调控,同时为进一步研究七彩红竹花色素苷产生的分子机理和综合开发利用奠定了基础。     

二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)与花色的修饰

二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)是花色素苷生化合成途径中的一个多种植物中分离到了DFR基因.文章介绍DFR同源基因的结构与时空表达特性、构建的系统进化树所体现的部分单子叶与双子叶植物间亲缘关系与进化差异以及DFR的转基因研究进展.     

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。     

植物花青素生物合成相关基因的研究及应用

花青素是决定植物花色的主要色素,使大多数花呈现从红到蓝的系列变化,是花色研究和开发的重点,并具有重要的营养和药用作用。目前花青素生物合成途径已日益清楚,并已分离到大量的相关酶和基因,并获得了一批具有商业价值的转基因植物新品种。本文重点介绍了花青素合成途径中关键基因的研究成果,并概述了国内外花青素基因在植物基因工程中的应用研究进展情况,同时对花青素基因的研究应用前景和发展趋势作一展望。     

蓝粒小麦花青素生物合成途径中的二氢黄酮醇4-还原酶基因的分子克隆

蓝色色素在蓝粒小麦种子糊粉层中的生物合成途径的分子生物学机制至今仍不清楚。应用RT—PCR和RACE方法从蓝粒小麦正在发育的种子中克隆到一个编码二氢黄酮醇4-还原酶的基因(DFR)。推测其为花青素生物合成途径中的一个关键基因,且与蓝粒小麦中蓝色色素形成密切相关;其开放阅读框编码一个包含354个氨基酸残基的多肽,与一些从其他植物中已克隆到的DFR有很高的同源性：大麦(94％)、水稻(83％)、玉米(84％)。从长穗偃麦草(2n=70)、蓝粒小麦、浅蓝粒小麦自交产生的白粒后代小麦以及中国春的基因组中分别分离到一个全长DFR序列。经聚类分析表明DFR cDNA核甘酸序列与从中国春基因组中克隆的DFR具有100％的同源性,且与长穗偃麦草、蓝粒小麦、白粒小麦基因组中分离的DFR均有很高的同源性。4个DFR基因组DNA均含有3个内含子,且它们之间的差异主要在内含子区,表明该基因在进化上很保守。经Southern杂交分析,DFR小麦中至少有3-5个拷贝,不同小麦材料间未见明显差异,但与长穗偃麦草有明显差异,属于一个DFR超基因家族。Northern分析表明该DFR在蓝粒和白粒种子的不同发育时期的表达存在明显差异,都在开花后大约18d表达最强,在同一时期的蓝白种子中,DFR蓝粒种子中的表达量高于白粒。DFR转录本在小麦和长穗偃麦草的幼叶中积累多,但在芽鞘中的表达显著低于幼叶中;在小麦的根和长穗偃麦草的发育种子中均未检测到DFR的表达。推测蓝粒小麦中可能存在调控DFR在蓝粒小麦中表达的调控基因,类似于玉米花青素合成途径中的调节基因。     

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。     

蓝粒小麦花青素生物合成途径中的二氢黄酮醇4-还原酶基因的分子克隆

蓝色色素在蓝粒小麦种子糊粉层中的生物合成途径的分子生物学机制至今仍不清楚.应用RT-PCR和RACE方法从蓝粒小麦正在发育的种子中克隆到一个编码二氢黄酮醇4-还原酶的基因(DFR).推测其为花青素生物合成途径中的一个关键基因,且与蓝粒小麦中蓝色色素形成密切相关;其开放阅读框编码一个包含354个氨基酸残基的多肽,与一些从其他植物中已克隆到的DFR有很高的同源性:大麦(94%)、水稻(83%)、玉米(84%).从长穗偃麦草(2n=70)、蓝粒小麦、浅蓝粒小麦自交产生的白粒后代小麦以及中国春的基因组中分别分离到一个全长DFR序列.经聚类分析表明DFR cDNA核甘酸序列与从中国春基因组中克隆的DFR具有100%的同源性,且与长穗偃麦草、蓝粒小麦、白粒小麦基因组中分离的DFR均有很高的同源性.4个DFR基因组DNA均含有3个内含子,且它们之间的差异主要在内含子区,表明该基因在进化上很保守.经Southern杂交分析,DFR在小麦中至少有3～5个拷贝,不同小麦材料间未见明显差异,但与长穗偃麦草有明显差异,属于一个DFR超基因家族.Northern分析表明该DFR在蓝粒和白粒种子的不同发育时期的表达存在明显差异,都在开花后大约18 d表达最强,在同一时期的蓝白种子中,DFR在蓝粒种子中的表达量高于白粒.DFR转录本在小麦和长穗偃麦草的幼叶中积累多,但在芽鞘中的表达显著低于幼叶中;在小麦的根和长穗偃麦草的发育种子中均未检测到DFR的表达.推测蓝粒小麦中可能存在调控DFR在蓝粒小麦中表达的调控基因,类似于玉米花青素合成途径中的调节基因.     

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。     

比利时杜鹃花RhDFR基因克隆及分析

二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)是植物花青素合成过程中的关键酶,能够催化二氢黄酮醇生成无色花青素。该试验以红色和白色比利时杜鹃花(Rhododendron hybridum Hort.)不同器官和不同发育时期的花瓣为实验材料,利用反转录(RT-PCR)和RACE技术克隆RhDFR基因,利用植物酶联免疫试剂盒(ELISA)测定不同发育时期的花瓣RhDFR酶活性,利用qRT-PCR技术定量分析不同器官和不同发育时期的花瓣RhDFR基因,构建pET-28a-RhDFR原核表达载体对RhDFR蛋白进行制备和纯化,为进一步探究杜鹃花DFR基因功能以及花色的分子机理奠定基础。结果表明：(1)成功获得比利时杜鹃花RhDFR基因全长1 253 bp,其开放阅读框1 035 bp,编码344个氨基酸,含有1个NADPH结合保守基序和1个底物结合区域,具有高度保守性;系统进化分析显示,比利时杜鹃花RhDFR蛋白与越橘(Vaccinium corymbosum)DFR蛋白亲缘关系最近。(2)ELISA试剂盒分析显示,比利时杜鹃花不同发育时期的花瓣DFR酶活性呈先上升后下降的趋势,并于红花初开期和白花盛开期的...     

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。     

基于转录组测序的细风轮花青素合成途径及关键酶基因分析

为进一步理解细风轮花青素合成途径,本研究利用华大基因BGISEQ-500平台对细风轮中的根、茎、叶、花4个组织进行了转录组测序,从头组装后得到128 856个Unigene。KEGG通路表明有40个Unigene编码了细风轮的花青素生物合成途径中6个关键酶。我们对其中的关键酶DFR（二氢黄酮醇还原酶）进行同源比对和空间结构模拟,结果显示DFR序列和结构均具有良好的保守性,且具有高度保守的NAD⁺结合位点,其二级结构主要由α螺旋和β折叠组成,在空间上α螺旋包裹着β折叠,形成“夹心饼干”样结构。     

牡丹二氢黄酮醇4-还原酶基因PsDFR1的克隆及表达分析

二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是花色素苷合成途径中的关键酶,在植物花色的形成过程中起重要作用。本研究以牡丹品种‘彩绘’为试材,采用RT-PCR和RACE方法从花瓣中获得了一个牡丹DFR基因cDNA全长,命名为PsDFR1,GenBank登录号为HQ283448。序列分析结果表明,PsDFR1全长1242bp,包含一个长为1095bp的开放阅读框,编码364个氨基酸。生物信息学分析显示该基因编码的蛋白具有典型的DFR蛋白功能结构域,包括多个保守的短链脱氢/还原酶家族的特征位点,属于NADB_Rossmann超家族。氨基酸序列比对和系统进化树分析表明,PsDFR1与葡萄、棉花、毛果杨、梨等植物的DFR相似性都在75%以上。实时荧光定量PCR分析表明,PsDFR1在花色素大量积累的花瓣中表达量最高,其次是萼片和雄蕊,再次是叶片,在心皮中表达量最低。