【摘 要】
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甜菜素是一种由L-酪氨酸衍生的水溶性含氮色素,可分为甜菜红素和甜菜黄素。甜菜素对植物形成红、紫、黄等颜色起着重要作用,其较高的营养价值、抗氧化活性和消炎能力对人类身体健康和疾病有着积极的影响。目前,甜菜素生物合成的途径还不清楚。本研究以有刺黄皮白肉火龙果（黄龙果）果皮三个发育关键时期（绿色果皮黑色种子、转色期和成熟期）为材料,利用转录组测序技术,筛选与甜菜素生物合成途径的候选基因,通过表达特性分析
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目（2018B020202011）； 广东“扬帆计划”引进创新团队项目（2014YT02H013）； 特色作物火龙果国家良种联合攻关项目；
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甜菜素是一种由L-酪氨酸衍生的水溶性含氮色素,可分为甜菜红素和甜菜黄素。甜菜素对植物形成红、紫、黄等颜色起着重要作用,其较高的营养价值、抗氧化活性和消炎能力对人类身体健康和疾病有着积极的影响。目前,甜菜素生物合成的途径还不清楚。本研究以有刺黄皮白肉火龙果（黄龙果）果皮三个发育关键时期（绿色果皮黑色种子、转色期和成熟期）为材料,利用转录组测序技术,筛选与甜菜素生物合成途径的候选基因,通过表达特性分析和序列差异分析筛选与甜菜素生物合成关键基因,并对这些关键基因进行初步功能验证。主要研究结果如下:1、通过对黄龙果转录组数据分析,得到151,843条Unigenes,其中的105,175条Unigenes（69.26%）得到公共数据库功能注释,鉴定了108,849条CDS。黄龙果转录组通过差异表达分析共得到248个基因,其中筛选到与色素合成相关的71个显著差异基因（30个上调基因和24个下调基因）;通过甜菜素生物合成途径筛选到110个候选基因（12个上调基因和54个下调基因）,其中29个为差异表达基因（3个上调基因和14个下调基因）。2、甜菜素生物合成途径中筛选的候选基因去除掉冗余的序列和短片段,共得到23个与甜菜素生物合成途径相关的候选基因,即TYR-like1、Tyr-mon-like1、TYDC-like1、TYDC-like2、TYDC-like3、TYDC-like4、DDC-like1、CYP76AD1-like1、CYP76AD1-like2、CYP76AD1-like3、CYP76AD1-like4、DODA-like1、DODA-like2、c DOPA5GT-like1、c DOPA5GT-like2、B5GT-like1、B5GT-like2、UDP-GT-like1、UDP-GT-like2、UDP-GTlike3、UDP-GT-like4、UDP-GT-like5和UDP-GT-like6。以黄龙果和‘莞华白火龙果’果皮发育阶段为材料,通过甜菜素含量测定结果与实时荧光定量结果发现TYR-like1、Tyr-mon-like1、TYDC-like1、TYDC-like4、DDC-like1、CYP76AD1-like3、DODA-like1、DODA-like2、c DOPA5GT-like1、c DOPA5GT-like2、B5GT-like1、B5GT-like2、UDP-GTlike4、UDP-GT-like5和UDP-GT-like6可能与黄龙果甜菜素的形成有关。3、以黄龙果和‘莞华白火龙果’果皮发育阶段为材料,克隆了TYR-like1、Tyrmon-like1、TYDC-like1、TYDC-like2、TYDC-like3、TYDC-like4、DDC-like1、CYP76AD1-like1、CYP76AD1-like2、CYP76AD1-like3、CYP76AD1-like4、DODA-like1、DODA-like2、c DOPA5GT-like1、c DOPA5GT-like2、B5GT-like1、B5GT-like2、UDP-GT-like3、UDP-GTlike5和UDP-GT-like6等20个基因,进化树分析和序列分析表明,TYR-like1、TYDC-like3、DDC-like1、c DOPA5GT-like1、c DOPA5GT-like2、B5GT-like1、B5GT-like2、UDPGT-like5和UDP-GT-like6与甜菜素的生物合成有关。B5GT-like1、UDP-GT-like5和UDP-GT-like6在黄龙果中比在‘莞华白火龙果’中分别缺失了4、1、3个氨基酸,其中B5GT-like1和UDP-GT-like6的缺失部位发生在N端疏水信号端和Rossmann折叠区,可能对甜菜素的形成有一定影响。4、克隆得到B5GT-like1和UDP-GT-like6的启动子序列,发现红色果皮与黄色果皮的B5GT-like1启动子序列存在60个碱基差异,UDP-GT-like6启动子序列存在3个碱基的序列差异。通过启动子元件分析可以发现其启动子区域存在较多光响应元件和MYB结合元件,表明很有可能受到MYB转录水平的调控。5、组织特异性分析表明B5GT-like1和UDP-GT-like6主要在茎、果皮、子房中表达,与甜菜素较高积累于茎、果皮结果一致。亚细胞定位结果显示B5GT-like1和UDPGT-like6均为核蛋白。沉默B5GT-like1和UDP-GT-like6能显著抑制火龙果甜菜红素和甜菜黄素的形成。这些结果表明,B5GT-like1和UDP-GT-like6参与甜菜素的生物合成进程。
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