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。     

原花青素对磷酸三钙磨损颗粒所致小鼠颅骨溶解的干预作用及其机制

目的:研究原花青素对磷酸三钙(TCP)磨损颗粒诱导小鼠颅骨溶解的保护作用,并探讨其机制。方法:48只雄性ICR小鼠,随机分为假手术(Sham)组、TCP磨损颗粒(TCP)组、原花青素(0.2mg/kg,1mg/kg,5mg/kg)组,每组12只。将TCP磨损颗粒30mg包埋于小鼠颅骨顶部构建假体周围模型,于术后第2日颅顶局部注射原花青素,隔日1次。2周后处死小鼠采血、取颅骨。抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色和HE染色观察假体周围骨溶解和破骨细胞生成情况;实时荧光定量PCR检测假体周围骨组织中破骨细胞调控基因TRAP、capthesinK、c-Fos和NFATc1的mRNA水平;化学比色法检测血清中丙二醛(MDA)和总抗氧化能力(T-AOC)含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性;Westernblot法检测小鼠假体周围骨组织中自噬标志蛋白Beclin-1和微管相关蛋白1轻链3(LC-3)表达变化。结果:与Sham组比较,TCP组假体周围骨溶解面积、破骨细胞生成及其调控基因mRNA水平显著增加(P<0.05),血清MDA含量均明显升高、T-AOC水平和SOD活性明显降低(P<0.05),假体周围骨组织中Beclin-1和LC-3均表达显著上调、LC-3I向LC-3II转换明显增加(P<0.05)。与TCP组比较,原花青素组假体周围骨溶解面积、破骨细胞生成及其上述调控基因、血清MDA含量明显减少(P<0.05),血清T-AOC含量和SOD活性显著增加(P<0.05)且Beclin-1和LC-3等蛋白表达及LC-3I向LC-3II转换也明显下调。结论:原花青素对TCP磨损颗粒所致的假体周围骨溶解具有明显保护作用,其机制可能与减轻氧化应激反应和自噬的活化密切相关。     

苦荞R2R3-MYB转录因子调控原花青素生物合成的研究

基于苦荞花期转录组数据,该研究筛选并克隆获得一个黄酮代谢相关的MYB类转录因子,并命名为FtMYB23。该基因ORF框长879bp,编码292个氨基酸;系统进化树分析显示,FtMYB23与SG5-MYB亚家族成员聚为一簇,属于典型的R2R3-MYB型转录因子。β-半乳糖苷酶滤纸分析表明,其具有转录激活活性。FtMYB23过表达转基因拟南芥株系的表型分析表明,3个阳性株系的种皮颜色均呈现出比野生型更深的褐色,其叶中原花青素含量均极显著增加(P 0.01),分别为野生型的4.68、3.5和2.8倍。qRT-PCR分析表明,转基因拟南芥中黄酮合成相关的AtCHS、AtCHI、AtF3H、AtF3′H、AtFLS、AtDFR和AtBAN等基因的表达量显著升高(P 0.05),而AtTT12的表达量极显著降低(P 0.01)。研究认为,FtMYB23作为典型的Subgroup5-MYB(SG5-MYB)激活型转录因子,通过促进黄酮合成途径早期关键酶基因的表达,从而提高原花青素的合成与积累。     

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。     

蔗糖对紫色土豆微型薯形成及花青素含量的影响

为深入探讨蔗糖在植物花青素生物合成过程中的调节作用,以紫色土豆为材料,分析不同蔗糖浓度对紫色土豆外植体生长、花青素含量、微型薯形成以及花青素生物合成相关基因表达的影响。结果表明,紫色土豆外植体在蔗糖浓度为15 g/L时生长情况最好,平均长度最长,平均重量最重,但高浓度蔗糖对外植体生长起抑制作用;蔗糖能促进紫色土豆花青素含量的积累及微型薯的形成,随着蔗糖浓度的增加,花青素含量随之增加,紫色土豆花青素含量在蔗糖浓度为120 g/L时最高,为5.11 mg/g FW,是对照组的8.89倍;蔗糖浓度为60 g/L时,微型薯重量最重,为0.34 g,结实率最高,达到22.50%。RT-PCR结果显示,蔗糖能促进St F3’5’H、St UFGT以及St DFR的表达,蔗糖通过调控此类花青素合成相关基因的表达影响紫色土豆花青素含量。     

一种快速有效分析烟草花冠中花青素苷的方法

花青素苷（anthocyanins）成分和含量的分析是花色研究的重要内容之一。该文利用高效液相色谱-电喷雾离子化-质谱技术（HPLC-ESI-MS）, 建立了一种快速有效地分析烟草（Nicotiana tabacum）花冠中花青素苷成分及含量的方法。在保证良好分离效果的基础上, 将分析时间缩短至15分钟, 大大提高了分析速度, 降低了成本, 并成功应用于转基因烟草花冠中花青素苷成分的分析。为不具备高效分析仪器（如超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS））的一般实验室研究花青素苷合成相关基因在烟草中的异源表达提供了一种有效且实用的分析方法。     

荔枝皮黄酮抑菌性能及其作用机理研究

采用荧光分析法测定荔枝皮中总黄酮含量,并研究了荔枝皮黄酮对常见4种微生物的抑菌活性及机理。结果表明,其黄酮纯度与得率分别为48%和13.61%;同时,采用牛津杯法测得荔枝皮黄酮对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和酵母菌的抑菌圈直径分别为15.1、14.0和13.8 mm;采用菌饼法测得对黑曲霉的抑菌率为28.75%。采用平板稀释法测得金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最低抑菌浓度MIC为2.5 mg/mL,最低杀菌浓度MBC为5mg/mL,而酵母菌和黑曲霉的MIC为5 mg/mL,没有杀菌能力。扫描电镜实验结果表明,荔枝黄酮的抑菌性和杀菌功能与其对金黄色葡萄球菌细胞和细胞壁结构的破坏直接相关。     

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。     

蛋白和抗氧化剂对离心运动后肌肉功能和疼痛的影响

大量研究证实补充蛋白质或抗氧化剂均可有效提高机体的运动能力,然而,蛋白质和抗氧化剂联用的效果尚不清楚。本研究将60只SD大鼠随机分为4组,安静组(CG)、运动组(EG)、蛋白组(PG)和蛋白+抗氧化剂组(PAG),每组15只。PG组大鼠按照0.5 g/kg的剂量灌胃乳清蛋白溶液,PAG组大鼠按照0.5 g/kg的剂量灌胃乳清蛋白和抗氧化剂(富含花青素的浆果提取物)溶液。CG和EG组大鼠灌胃等体积的蒸馏水,共灌胃1周。然后,EG、PG和PAG组大鼠进行90 min的离心运动。采用机械缩足阈值来反映各组大鼠离心运动后的肌肉酸痛程度,研究显示,离心运动48 h后,PG组和PAG组大鼠的机械缩足阈值明显高于EG组,并且PG组和PAG组高于PG组。多项研究均显示,IL-6、IL-1β、MG53和MyoD参与肌肉的损伤及修复过程。本研究检测了上述因子的变化情况,发现大鼠在离心运动48 h后,后胫骨前肌组织中IL-6、IL-1β、MG53和MyoD的蛋白表达水平均显著升高,而蛋白+抗氧化剂可显著抑制上述指标的升高。苏木精伊红(HE)染色显示,离心运动48 h后,运动组大鼠的肌纤维受损程度达39.43%,显著高于蛋白组(23.54%)和蛋白+抗氧化剂组(8.42%)。此外,蛋白和抗氧化剂可显著抑制离心运动诱导的血清肌酸激酶的升高,并提高超氧化物歧化酶的活性。本研究证实蛋白联合抗氧化剂可有效减少离心运动引起的肌肉损伤、抑制机体的炎症反应并降低肌肉酸痛程度。     

无花果果皮中花青素的提取工艺的建立

本研究使用单因素方法考察了无花果(Ficus carica L.)果皮中花青素的最佳提取条件,并考察了7种参数对花青素提取率的影响。参数设置如下:溶剂性质(水,甲醇,乙醇和丙酮)、提取次数(1~3次)、固液比(1/50,1/100,1/150和1/200)、提取时间(60 min,120 min,180 min和240 min)、甲醇浓度(0,20%,40%,60%,80%和100%)、酸类型(盐酸,乙酸,柠檬酸和酒石酸)和酸浓度(0,1%,2%,5%和10%)。使用pH-示差法测量无花果果皮中单体花色素的含量。研究显示,无花果果皮中花青素的最佳提取条件为:溶剂为甲醇溶剂,提取次数为2次,固液比为1/100,提取时间为180 min,甲醇浓度为80%,酸类型为柠檬酸,柠檬酸浓度为5%。该最佳提取条件下的花青素的提取率达到最高(345.62 mg/100g DS)。