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。     

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。     

高等植物二氢黄酮醇4-还原酶基因研究进展

花青素苷是影响植物花瓣呈色的重要色素,而花色是决定花卉观赏价值和商业价值的一个重要因素。在花青素苷的生物合成过程中,二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）是花青素苷生物合成下游途径中的第一个关键的酶。因此,DFR在高等植物花色的形成过程中发挥极其重要的作用,是形成花青素苷的一个非常重要的调控点。DFR对3种二氢黄酮醇底物具有选择特异性,但决定DFR底物特异性的分子机制目前仍不十分清楚。该文简单概述了花青素苷生物合成途径及其转录调控机制,并结合作者的工作重点综述了DFR的底物特异性以及克隆的DFR基因在植物基因工程中的应用。     

甘薯IbGL3的克隆和表达分析

紫色甘薯富含花青素,具有较高的食用和药用价值。花青素的生物合成受到结构基因和调节基因的控制。bHLH(basic helix-loop-helix protein)转录因子能够调节多个花青素结构基因的表达,在花青素生物合成途径中具有重要的调控作用,但目前在甘薯中还没有关于bHLH调控花青素生物合成的相关报道。为进一步了解IbGL3基因在甘薯花青素生物合成的功能和作用机理,该研究根据甘薯转录组数据,利用RT-PCR技术在甘薯中克隆了一个2 120 bp的bHLH基因IbGL3,该基因包含一个1 878 bp的开放阅读框,编码625个氨基酸,蛋白质分子量69.08 kD,理论等电点(pI)5.20。IbGL3蛋白和其他植物中类黄酮合成相关的bHLH蛋白具有较高的同源性,都包含保守的MIR区、bHLH结构域和ACT类似结构域。系统发育进化树分析结果显示,IbGL3与其他植物类黄酮相关bHLH蛋白聚为一类,属于Ⅲf 亚类成员。表达结果显示,IbGL3基因在紫色甘薯中的表达量最高,在浅紫色甘薯中的表达量次之,在白色甘薯中表达量最低, 与花青素积累正相关,因此推测其在甘薯花青素生物合成途径中具有重要的调控作用。     

葡萄风信子MaMYB114基因克隆及功能研究

MYB转录因子在植物花青素生物合成过程中发挥主要调控作用。为探究MYB转录因子在葡萄风信子(Muscari spp.)蓝色花色形成中的作用，研究以葡萄风信子‘亚美尼亚’为试验材料，基于课题组前期转录组数据库深度挖掘，经本地Blast比对分析，采用RT-PCR方法克隆获得1个R2R3-MYB基因，命名为MaMYB114(GenBank登录号：OQ615377),对其进行生物信息学分析和异源转化烟草功能验证。结果表明，(1)MaMYB114开放阅读框全长为714 bp,编码237个氨基酸；MaMYB114蛋白含有R2R3保守结构域，属于R2R3-MYB家族AN2亚家族。(2)亚细胞定位及转录自激活结果显示基因定位于细胞核，且具有转录自激活活性，符合转录因子一般特征。(3)实时荧光定量分析显示MaMYB114基因主要在花中高表达，表达模式具有组织特异性。结合不同时期花青苷含量变化模式，发现MaMYB114在着色期花青素含量高的花蕾中高表达，表明MaMYB114可能参与了葡萄风信子花青苷合成过程。(4)过表达MaMYB114促进烟草花青苷积累，表明MaMYB114正向调控花青素合成。本研究表明...     

苦荞转录因子FtMYBF的克隆、亚细胞定位及表达分析

R2R3-MYB转录因子SG7亚家族成员在植物黄酮醇生物合成中具有极其重要的调控作用。探究苦荞中SG7 R2R3-MYB转录因子在黄酮醇生物合成中的功能,为苦荞黄酮醇生物合成的分子调控机制研究奠定基础。采用RT-PCR技术从苦荞中克隆到一个前期经转录组与代谢组联合分析鉴定到的SG7 R2R3-MYB转录因子,命名为FtMYBF。利用生物信息学、亚细胞定位、基因共表达、基因表达量与总黄酮含量相关性对该基因进行了分析。结果表明,FtMYBF全长CDS序列为1119 bp,编码372个氨基酸。蛋白多序列比对和系统进化树分析表明,FtMYBF属于R2R3-MYB SG7亚家族成员。亚细胞定位显示,FtMYBF蛋白定位于细胞核。基因共表达分析表明,FtMYBF与多个苦荞黄酮醇生物合成结构基因共表达。基因表达量与总黄酮含量间相关性分析表明,FtMYBF在不同组织部位表达量与总黄酮含量高度正相关。FtMYBF属于R2R3-MYB SG7亚家族成员,是一个核定位转录因子,其可能通过正调控苦荞黄酮醇生物合成结构基因的表达来正调控苦荞黄酮和黄酮醇的生物合成。     

小麦R2R3-MYB转录因子TaMYB3-4D的克隆及功能分析

MYB转录因子是植物最大的转录因子家族之一,广泛参与植物各种生理生化过程。该研究通过对小麦基因组测序数据库进行同源搜索,利用电子克隆技术从紫色籽粒小麦品种‘高原115’中分离得到了一个新的MYB基因TaMYB3-4 D。结果表明,TaMYB3-4D仅含有一个内含子,其编码蛋白含有2个连续的MYB结构域,为典型的R2R3-MYB蛋白。TaMYB3-4D系统发生关系上与调控花青素合成的MYB基因亲缘关系较近。TaMYB3-4 D与bHLH基因ZmR瞬时表达能够诱导白色胚芽鞘中花青素的合成。此外,TaMYB3-4 D基因仅在‘高原115’含花青素的种皮和胚芽鞘中表达,在根、茎、叶中均未表达。研究表明,TaMYB3-4 D基因是一个具有调控花青素合成代谢功能的R2R3-MYB基因,很有可能参与小麦花青素的生物合成。     

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。