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。     

光信号对AmRosea1过表达84K杨花青素合成及基因表达的影响

为了探究光信号引起AmRosea1过表达84K杨(Populus alba×P.glandulosa ‘84K’)植株颜色变化的原因,以野生型和AmRosea1过表达84K杨为试验材料,开展LED光、自然光、LED红光、LED蓝光和LED红蓝光处理,测定不同光强和光质下野生型和转基因株系的生理指标变化情况。结果显示：在不同光强下,与LED光处理相比,自然光处理下转基因株系叶片变红,花青素和可溶性糖含量升高,叶绿素含量和POD活性降低。不同光质处理30 d后,与LED红光和蓝光相比,在LED红蓝光诱导下,转基因株系叶片变红,且花青素含量升高,可溶性糖含量和POD活性下降,叶绿素含量略有降低。根据试验结果推测,强光和红蓝光质能激活AmRosea1过表达84K杨的花青素生物合成通路,使转基因株系积累大量的花青素,从而使植株叶片变红。     

植物叶片花青素的光破坏防御机制研究进展

植物花青素广泛分布在植物的根、茎、叶、花和果实等器官中,是植物形态建成过程中或响应逆境而产生的一种次生代谢物质.植物叶片中的花青素具有特殊的化学结构和光谱特性,在光破坏防御机制方面发挥了重要的作用,已经成为植物光合生理生态的研究热点.本文综述了近年来植物叶片花青素与光合作用的研究进展,从叶片花青素的分布、光谱特性及其与光合色素的关系等方面说明花青素对植物光合作用的影响,重点介绍了叶片花青素通过光吸收、抗氧化剂和渗透调节等在植物光破坏防御机制方面的作用,展望了今后的主要研究方向     

光和糖对水稻Rubisco活化酶基因表达的影响

水稻黄化苗在光照２ｈ内其Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶的ｍＲＮＡ物收白量明显增加,然后维持在相对 水平。光对水稻Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶的基因表达的诱导作用主要在转录水平上。Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶主要在绿叶中表达,这与Ｒｕｂｉｓｃｏ基因表达的器官特异性完全一致。用等渗葡萄糖喂养成熟的水稻叶片１ｈ,促使水稻Ｒｏｕｂｉｓｃｏｄｄ 、ｉｈ ｇｏｇ ａｄ ｔ Ｒｕｂｉｓｃｏ活化酶可ｍＲＮＡ含量下降同样蔗糖对Ｒ７ｕｂｉｓｃ     

胁迫环境下的植物光合成代谢

中国科学家利用新方法对C3植物在胁迫环境（干旱胁迫和高CO2浓度）下，叶绿体光合成代谢情况进行了．分析，为研究植物代谢提供了重要信息。研究结果表明，C3植物叶绿体中的光合成代谢能高度协调新陈代谢的波动，这种高度协调性保证了生物系统的稳定，而且对于稳定生物体的功能至关重要。新方法被称作最小化新陈代谢调整动力学流量平衡分析，该方法有利于了解此类现象和动力过程中的复杂代谢网络的稳定机制，可以运用到其他方面。     

低氮胁迫诱导木薯幼苗花青素积累及其基因表达

为明确氮素浓度和形态与木薯花青素产生和积累的关系,基于氮素胁迫能够在拟南芥等植物中促进花青素产生的研究结果,以木薯品种Arg7为研究对象,研究木薯无菌幼苗在添加了(1)40 mmol/L NO₃^-+ 20 mmol/L NH₄⁺,(2)40 mmol/L NO₃^-,(3)20 mmol/L NH₄⁺,(4)0.4 mmol/L NO₃^-+ 0.2 mmol/L NH₄⁺,(5)0.4 mmol/L NO₃^-,(6)0.2 mmol/L NH₄⁺,(7)1 mmol/L(N),(8)5 mmol/L(N),(9)9 mmol/L(N),(10)13 mmol/L(N)10种氮素浓度和形态的MS培养基中生长40 d的农艺性状,以及对花青素合成相...     

玫瑰茄悬浮细胞合成花青素的光效应研究

光照对悬浮培养的玫瑰茄细胞生物量无影响。随着光照强度增大,玫瑰茄细胞合成花青素的量增加,光照强度３１．０ｗ／ｍ２为饱和光照强度,超过该强度,玫瑰茄细胞合成花青素的量不再进一步增加;可见光中蓝光（４２０～５３０ｎｍ）是促进玫瑰茄细胞合成花青素最有效单色光,光强为３０．０ｗ／ｍ２,接种量为０．２ｇ湿细胞的５０ｍｌ培养液经１６ｄ培养,花青素产量为８．９７ｍｇ／５０ｍｌ,高出相同光照强度全色光下的６．５３ｍｇ／ｍｌ;黄光和绿光分别有一定的促进作用。当黑暗下的培养时间不超过８ｄ,后期经过不少于８ｄ的光照可以诱导出和全程光照相当的花青素产量,分别为６．６４和６．７２ｍｇ／５０ｍｌ（总培养时间不少于１６ｄ）。当黑暗下培养时间超过１２ｄ,由于营养成分消耗,光照延长,花青素产量也无法提高,添加１０ｍｌ新鲜培养基再进行光诱导,花青素产量可以提高（６．７５ｍｇ／５０ｍｌ）。     

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。     

光和糖对水稻Rubisco活化酶基因表达的影响

水稻黄化苗在光照2h内其Rubisco。活化酶的mRNA和蛋白量明显增加,然后维持在相对稳定的水平。光对水稻Rubisco活化酶的基因表达的诱导作用主要在转录水平上。Rubisco活化酶主要在绿叶中表达,这与Rubisco基因表达的器官特异性完全一致。用等渗葡萄糖喂养成熟的水稻叶片1h,促使水稻Rubisco大、小亚基和Rubisco活化酶可翻译mRNA含量下降。同样蔗糖对Rubisco小亚基和Rubisco活化酶的表达也有抑制,其作用弱于葡萄糖。     

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。     

葡萄果实成熟期花色苷与白藜芦醇合成相关基因的表达

以酿酒葡萄‘赤霞珠’为试材,采用pH示差法和高效液相色谱(HPLC)法分别测定葡萄成熟期果皮花色苷和白藜芦醇含量,用实时荧光定量PCR检测两者合成途径中相关基因的表达量,分析花色苷含量和白藜芦醇含量与其相关基因表达的关系,以揭示结构基因与调控基因的调控机制,为筛选富含花色苷和白藜芦醇的酿酒葡萄提供理论依据。结果显示:(1)葡萄果皮花色苷含量在花后112d达到最高值(0.77mg/g),反式白藜芦醇含量在花后126d达到最高值(30.87μg/g)。(2)花色苷和白藜芦醇合成途径中,CHSs、CHI、STS、UFGT、MybA1、MybA2基因的表达量除花后98d下调外,其余时间均呈上调表达,而Myb5a则始终呈上调表达。(3)相关分析表明,STS基因表达量与CHS1、CHS2基因表达量呈极显著和显著正相关关系,MybA1、MybA2基因表达量与CHSs、CHI、STS、UFGT基因的表达量呈极显著正相关关系;Myb5a基因表达量与CHS3基因表达量呈极显著正相关关系。研究表明,部分结构基因的表达与花色苷和白藜芦醇的变化不同步,MybA1和MybA2可能调控花色苷合成途径中多个结构基因的表达,花色苷与白藜芦醇的关系并不固定,而是处在动态变化中。     

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。     

ABA信号通路对葡萄果皮花青苷生物合成的调控机制研究

以'红巴拉多'葡萄为试验材料,在转色前期(约花后6周)用300 mg/L的ABA对果穗进行处理,以清水处理为对照;测定不同发育时期葡萄果实的单果重、可滴定酸、可溶性固性物等生理指标,同时测定果皮中总花青苷及ABA含量;检测不同发育时期果皮中ABA信号通路和花青苷生物合成相关基因表达量,克隆6个与花青苷生物合成相关基因的...     

利用花色素苷合成调节基因C1-R作为基因枪转化效果指示的研究

报道了玉米花色素苷合成调节基因Ｃ１－Ｒ在小麦幼胚、玉米愈伤组织、水稻愈伤组织、烟草叶片中的瞬时表达情况。由于调节基因Ｃ１－Ｒ激活了植物体细胞内花色素苷的合成,因此不需任何生色底物,即可活体观察到花色素苷的表达。结果表明,对于目前仍主要通过基因枪法转化的几类主要粮食作物──小麦、玉米、水稻、枪击４８ｈ后,放大２倍便清晰可见红色斑点,且其表达强度远高于ＧＵＳ的表达,证明Ｃ１－Ｒ可作为一个很好的衡量打枪效果的指示,同时还证明其在双子叶植物──烟草叶片的基因枪转化瞬时表达体系中也起同样的作用。     

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。     

基于转录组测序的羽衣甘蓝叶色相关基因分析

叶色是羽衣甘蓝重要的观赏性状之一。本研究采用Illumina Hi-Seq2500高通量测序技术,对基因型纯合的紫叶和白叶羽衣甘蓝叶片进行转录组测序,筛选差异基因并与GO和KEGG数据库比对进行注释分析,分析羽衣甘蓝叶色形成相关基因。结果显示,获得高质量短读序共104 608 770条,筛选出紫叶相对白叶的差异表达基因1 993个,其中上调表达基因1 094个,下调表达基因899个。根据GO功能分类可分为生物过程、细胞组分和分子功能3大类64功能组。根据KEGG代谢通路分析可以分为171类,在叶色相关的类黄酮生物合成途径中黄酮醇合成酶(FLS)、二氢黄酮醇4-还原酶(DFR)上调以及类胡萝卜素生物合成途径中的类胡萝卜素β-环化酶上调与紫叶形成关系密切。本研究丰富了羽衣甘蓝的转录组信息,获得了一些差异表达基因,为进一步研究羽衣甘蓝叶色形成的遗传机制提供了有价值的信息。     

花生花斑种皮花青素生物合成相关miRNA及其靶基因鉴定与分析

花生在世界粮油食品中占有重要地位,其种皮颜色有白色、红色、紫色、粉红色及花斑等多种颜色,花斑种皮花生是其独特的成员之一,具有便于区分的优良性状。本研究以花斑种皮花生VG-02为研究材料,结果表明与花斑种皮颜色合成相关差异表达的miRNA富集的代谢途径有苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成、异黄酮的生物合成、昼夜节律植物。miRNA测序结果中共筛选出86个差异表达miRNA,其中20个差异表达的miRNA与花生花斑种皮颜色合成相关。其中包括4个共同靶向花青素、类花青素和IFS2靶基因的miRNA,即miR₈、miR₅0、miR₅1和miR₂39;5个靶向花青素生物合成中结构基因的miRNA,即调控CHS靶基因的miR₃98-x,调控4CL靶基因的miR₄82-z,调控F3′H靶基因的miR₂66和miR₁82以及调控花青素3-O-葡萄糖苷-6靶基因的miR₅;1个靶向花青素生物合成调节基因的miRN...