蓝光调控紫色彩椒采后果实花青素合成的转录和代谢分析

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彩椒(Capsicum annuum L.)是我国主要的园艺作物,因其富含花青素具有丰富的营养和药用价值而深受消费者的喜爱。光照尤其光质是影响植物花青素生物合成的重要环境因子。研究表明,蓝光对植物花青素生物合成起着至关重要的作用。然而,关于蓝光对紫色彩椒采后果实花青素生物合成途径的调控作用及其内在分子机制尚不明确。因此,本研究以花青素含量丰富的紫色彩椒品种‘紫水晶’为试材,研究蓝光和白光照射对不同成熟时期彩椒采后果实花青素组成和含量及其合成相关基因表达的影响,找到花青素合成及其合成相关基因对蓝光响应显著的成熟时期,并对该成熟时期果实进行转录组分析,进一步筛选出调控蓝光诱导的紫色彩椒采后果实花青素生物合成的转录因子。主要结果如下:1.在彩椒不同成熟时期,果实色度呈显著差异,其幼果期呈绿色,在绿熟期和转色期呈紫色,果实成熟期则呈红色。随着果实成熟,紫色彩椒叶绿素含量逐渐降低,类胡萝卜素含量逐渐升高,花青素含量则先升高后降低,并在绿熟期达到最大值;在该时期,与白光相比,蓝光处理24 h的彩椒果实花青素含量明显提高,果实色度则无显著差异。2.紫色彩椒采后果实花青素合成关键基因黄烷酮-3-羟化酶(Flavanone-3-hydroxylase,Ca F3H)、黄烷酮-3′,5′-羟化酶(Flavanone-3′,5′-hydroxylase,Ca F3’5’H)和UDP-glucose:类黄酮-3-葡糖基转移酶(UDP-glucose:flavonoid 3-O-glucosyltransferase,Ca UFGT)与花青素积累模式相似,且在绿熟期花青素生物合成相关的结构基因均显著上调。此外,在该时期与白光相比,蓝光处理4 h的紫色彩椒采后果实花青素生物合成相关结构基因表达均明显上调。3.对不同成熟时期蓝光处理24 h的紫色彩椒采后果实进行花青素靶向代谢组分析。结果显示,果实中检测到了20种花青素。其中,以三羟基花青素为主,只检测到少量二羟基花青素。与白光相比,蓝光均可显著提高绿熟期紫色彩椒飞燕草素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-鼠李糖苷和飞燕草素-3-O-芸香糖苷含量,这与花青素生物合成结构基因Ca F3′5′H和Ca UFGT特异性高表达有关。4.对绿熟期紫色彩椒采后果实蓝光处理0、2、4 h后进行转录组分析。结果显示,与0 h相比,蓝光处理2 h和4 h共分别检测到2052和3276个差异基因。对差异基因进行GO功能注释发现有大量差异基因被注释到代谢过程、应激反应、转运蛋白活性和转录调节活性。对差异基因进行KEGG聚类分析,发现在次生代谢产物生物合成、植物昼夜节律运动途径上有大量差异基因富集。筛选到响应蓝光且诱导紫色彩椒采后果实花青素生物合成相关的6个结构基因和12个转录因子。其中CaMYB1R1在蓝光处理下的表达显著高于白光。通过生物信息学分析CaMYB1R1发现该转录因子的启动子区域包含G-box等结合位点。因此,推测CaMYB1R1可能调控蓝光诱导的紫色彩椒采后果实花青素合成。
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