【摘 要】
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茄子(Solanum melongena L)为全球广泛栽培的蔬菜,紫茄因富含花青素而受到消费者的青睐,但低温、弱光条件常会导致其着色不良而影响品质。花青素是一类水溶性色素,广泛存在于植物茎、叶、花瓣和果皮中,它不仅赋予植物五彩缤纷的颜色,还保护它们免受各种逆境如干旱、极端温度和高盐等的胁迫伤害。研究前期通过转录组和蛋白组学的研究分析,筛选出了受光调控并参与花青素合成的差异表达基因,其中包含有茄子
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“光信号诱导茄子花青素合成的分子调控机制研究(31872944)”;
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茄子(Solanum melongena L)为全球广泛栽培的蔬菜,紫茄因富含花青素而受到消费者的青睐,但低温、弱光条件常会导致其着色不良而影响品质。花青素是一类水溶性色素,广泛存在于植物茎、叶、花瓣和果皮中,它不仅赋予植物五彩缤纷的颜色,还保护它们免受各种逆境如干旱、极端温度和高盐等的胁迫伤害。研究前期通过转录组和蛋白组学的研究分析,筛选出了受光调控并参与花青素合成的差异表达基因,其中包含有茄子R2R3MYB类转录因子Sm MYB35、Sm MYB86。那么,光诱导下Sm MYB35、Sm MYB86转录因子是如何参与花青素合成的呢?本研究以Sm MYB35、Sm MYB86转录因子为重点,利用基因克隆、基因表达调控、亚细胞定位、双荧光素酶报告系统(Dual-LUC)、酵母单杂(Y1H)、酵母双杂(Y2H)、双分子荧光互补(Bi FC)、烟草瞬时转化、拟南芥和茄子遗传转化等多种技术手段开展工作。解析了Sm MYB35和Sm MYB86调控花青素合成的作用机理,主要获得以下结果:1、Sm MYB35对花青素合成有正向调节作用Sm MYB35是一个核蛋白,并且在富含花青素的茄子果皮和茎中高表达。首先构建Sm MYB35过表达转基因茄子和异源表达拟南芥分析Sm MYB35转录因子的功能。通过比较转基因和野生型(WT)植株的花青素含量和结构基因的表达水平,发现Sm MYB35是花青素合成的正向调节因子。Y1H和Dual-LUC实验表明Sm MYB35直接与花青素合成结构基因Sm CHS、Sm F3H、Sm DFR和Sm ANS的启动子结合并激活它们的表达,同时通过分析茄子果皮花青素生物合成光响应转录组数据和Y2H验证筛选出与Sm MYB35互作的Sm TT8和Sm TTG1蛋白,进一步通过Bi FC实验验证Sm MYB35与Sm TT8和Sm TTG1蛋白间的互作关系,形成Sm MYB35-Sm TT8-Sm TTG1(MBW)三元复合体。Dual-LUC结果表明,Sm TT8和Sm TTG1使Sm MYB35对下游花青素合成结构基因的调控能力进一步增强。此外,在光照条件下,光信号转导因子Sm HY5通过与Sm MYB35启动子中的G-box顺式作用元件结合,介导光信号对Sm MYB35的诱导表达。2、Sm MYB86对花青素合成有负向调节作用Sm MYB86也是一个核蛋白,在茄子叶片,茎和果皮中高表达。与WT相比,Sm MYB86过表达的茄子叶片和果皮中花青素积累减少;RT-q PCR分析发现花青素合成结构基因Sm CHS、Sm F3H和Sm ANS在转基因茄子叶和果皮中的表达水平显著低于WT。对Sm MYB86基因的VIGS沉默表达分析,发现有效抑制了Sm MYB86基因的表达后显著增加了茄子果皮中花青素的含量;RT-q PCR结果显示Sm MYB86沉默后茄子花青素合成关键基因Sm CHS、Sm F3H和Sm ANS的表达量也显著增加。这些结果证实了Sm MYB86对茄子花青素合成的负调控作用。随后的Y1H和Dual-LUC实验表明,Sm MYB86可以直接与Sm CHS,Sm F3H和Sm ANS的启动子结合并抑制其活性。此外,Sm MYB86通过与Sm TTG1相互作用后抑制了其对花青素合成结构基因Sm CHS的促进作用。研究探明了Sm MYB35可以正调控茄子花青素合成的分子机理;同时,验证了Sm MYB86对茄子花青素合成途径中关键结构基因的负调控作用。研究成果完善了茄子R2R3MYB转录因子参与花青素合成的分子调控网络,为培育富含花青素的耐弱光茄子品种提供参考依据。
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