红掌突变体花色素代谢机理的初步研究

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红掌(Anthurium andraeanum Lind.)为天南星科花烛属多年生草本植物,是重要的室内花卉。因其花型丰富,花色艳丽,深受人们的喜爱。花色是决定红掌价值最重要的性状之一,也是育种工作的重要内容。由于红掌遗传背景复杂,在花色育种上任何新的突破都有相当大的难度,因此通过突变体性状来选育新品种有望加快育种工作进程,对红掌花色的改良具有积极的作用。本研究以3个红掌品种野生型和不同花色类型的突变体为材料,研究了不同花色佛焰苞中花色素的主要成分及差异;利用分子生物学技术,克隆了花青素合成相关基因;并通过实时定量PCR技术,探讨了花青素合成相关基因在不同色系突变体中的表达特征,取得的主要实验结果如下:1.以3个红掌品种野生型和19个花色突变体为材料,利用目测视法和英国皇家园艺学会比色卡(RHSCC)对突变体花色进行了描述,结果可将突变体分为粉色系突变体、白色系突变体和双色系突变体。定性分析结果表明,红掌佛焰苞的主要花色素是类黄酮类化合物。类黄酮种类的定性分析结果表明,佛焰苞类黄酮的主要组成是黄酮和黄酮醇类化合物。紫外分光光度法测定结果显示,在粉色系、白色系和双色系突变体中总黄酮含量存在显著差异;佛焰苞花青素含量也存在显著差异,在红色系中含量最高,粉色系次之,白色系极低或未检测到,双色系中粉色部分的佛焰苞检测到花青素的存在,而白色部分未能检测到。说明红掌佛焰苞显色的主要花色素是类黄酮中的花青素,花色突变体颜色深浅与佛焰苞中花青素的含量呈正相关性。2.以3个红掌品种野生型和10个花色突变体为材料,利用高效液相色谱法分析花青素苷种类,结果在野生型、粉红色和粉色突变体以及双色突变体粉色部分中检测到2种花青素苷即矢车菊素3-O-芸香糖苷(Cy3R)和天竺葵素3-O-芸香糖苷(Pg3R),在’阿拉巴马’淡粉色突变体’A1712-1’中只检测到Cy3R的存在,白色突变体未检测到相应的花青素苷。此外,在不同色系的红掌材料中,红色系佛焰苞总花青素苷的含量最高,粉色系次之,白色系则未检测到。表明红掌佛焰苞的主要花青素苷是Cy3R和Pg3R,其中Cy3R占主体,2种花青素苷含量的变化与佛焰苞颜色深浅呈正相关。3.采用分子生物学及生物信息学技术,从红掌’阿拉巴马’佛焰苞中克隆了花青素合成途径中查尔酮异构酶(CHI)、无色花青素还原酶(LAR)和花青素还原酶(ANR)基因的cDNA序列。AnCHI基因编码区的部分序列为489 bp,编码162个氨基酸残基和1个终止密码子(登录号:MK581052);AnLAR基因的编码区的部分序列为843 bp,编码280个氨基酸残基和1个终止密码子(登录号:MK581053);AnANR基因的编码区的部分序列为627 bp,编码208个氨基酸残基和1个终止密码子(登录号:MK581054);这些基因推导的氨基酸序列与其他物种相应蛋白具有很高的相似性。4.应用实时定量PCR技术,初步分析了红掌突变体佛焰苞中AnCHS、AnCHI、AnF3H、AnF3’H、AnDFR、AnANS、AnLAR和AnANR等8个花青素合成相关基因的表达特征。结果表明,这8个基因在突变体中虽然均有表达,但表达量存在显著差异。综合分析结果表明AnDFR和AnANS基因的表达量显著影响红掌佛焰苞花色性状,基因表达量越高,红掌佛焰苞颜色越红,而AnLAR和AnANR表达量增加会导致佛焰苞颜色变淡。
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