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红花为菊科一年或两年生草本植物红花(Carthamus tinctoriusL.)的干燥管状花,具有扩张冠状动脉、抗凝、降血压、抗炎镇痛等多种药理作用,临床应用广泛。黄酮类查尔酮成分-羟基红花黄色素A(Hydroxysafflor yellowA,HSYA)是红花的主要活性成分,其含量的高低,直接影响红花品质的优劣。因此,建立红花高效再生体系,从分子水平调控羟基红花黄色素A(HSYA)生物合成的关键酶基因,将为红花品质的定向调控提供有效途径。
由于红花含有黄酮类成分,大量的酚羟基容易褐化,不同产地、不同品种红花再生所需的诱导条件不同以及红花自身生长特点,导致其再生芽生长困难,制约了红花基因操作的开展。本研究在前期实验的基础上,通过对生长7~10天红花无菌苗的胚轴、胚根、子叶、真叶进行再生芽诱导,确定子叶为最易长芽的外植体;选用MS基本培养基,通过改变培养基不同生长素NAA、细胞分裂素6-BA和KT的浓度,探讨了影响红花离体培养的激素配比,筛选出红花子叶外植体产生再生芽的最佳激素配方为:NAA2.0mg/L+6-BA4.0mg/L~8.0mg/L+KT20.0mg/L,出芽率为10.0%~13.5%,较过去不到2.0%的出芽率提高了5~6倍。在该激素配比条件下,再生芽生长稳定,重现性高,长势好。
进一步,对前期研究中获得的两条调控HSYA代谢途径关键酶基因序列Contig533和Contig1913,利用cDNA末端快速扩增技术(rapidamplificationofcDNAends,RACE)技术克隆了分别其基因片段的全长CT533和CT1913。其中,CT533为1575bp,含有1190bp的开放阅读框,编码397个氨基酸,分子量约为43.3kDa,等电点pI约为7.4。生物信息学分析显示:CT533编码的氨基酸序列与翠菊查尔酮合酶(CHS)具有高度相似性(相似度94%),根据保守位点及保守序列分析,该基因可能是查尔酮合酶基因家族的成员之一,经系统进化树分析,推测该基因与翠菊、非洲菊中的CHS基因亲缘关系较近。CT1913为1333bp,含有1007bp的开放阅读框,编码336个氨基酸,分子量约为38.2kDa,等电点pI约为7.3。生物信息学分析显示:CT1913编码的氨基酸序列与大豆黄酮醇合酶(FLS)具有较高相似性(相似度71%),根据保守序列分析,该基因可能就是黄酮醇合酶基因家族的成员之一,经系统进化树分析,推测该基因与欧芹中的FLS基因亲缘关系较近。
本研究成果为建立稳定高效的红花再生体系及研究调控红花品质的功能基因奠定了基础。