荔枝果皮花色素苷生物合成转录调控初步研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a281000075
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荔枝(Litchi chinensis Sonn.)是我国南方重要的亚热带果树,种质资源丰富,色泽类型多种多样,但目前对其果实色泽发育过程和着色机理的研究尚不够系统和深入。近年来的研究发现花色素苷的生物合成调控主要在转录水平,调控花色素苷生物合成的转录因子主要有MYB、bHLH和WD40三类。本文以着色良好的荔枝品种‘糯米糍’作为实验材料,克隆了可能参与荔枝果皮花色素苷生物合成相关调控基因的cDNA全长序列,分析了部分结构基因和三类转录因子的时空表达情况,对LcMYB1和LcWDR1的启动子进行了克隆和序列分析,构建了LcMYB1和LcWDR1转录因子的植物表达载体,并对烟草进行了遗传转化。同时以12个不同着色类型品种(株系)的荔枝果皮,不同生长调节剂和套袋处理‘妃子笑’荔枝果皮为材料,重点探讨了LcMYB1的表达与果皮着色的关系,研究结果为揭示荔枝果皮花色素苷生物合成和调控的分子机制奠定了初步的基础。主要研究结果如下:  1、通过RT-PCR及RACE法克隆得到了5个可能参与荔枝果皮花色素苷生物合成相关的调控基因的cDNA全长序列,分别命名为LcMYB1、LcMYB2、LcWDR1、LcWDR2和LcMYC1,长度分别为940 bp、1216 bp、1272 bp、1315 bp和2419 bp,分别编码281、315、336、314和657个氨基酸。通过核苷酸及氨基酸序列比对和系统进化分析,发现以上基因与参与花色素苷生物合成转录调控的相关转录因子都具有较高的同源性。  2、部分结构基因和三类调控基因的荧光定量PCR结果显示,LcUFGT和LcMYB1具有明显的组织表达特异性,即只在有花色素苷合成的组织或者部位表达,且随着果皮花色素苷积累,他们的表达增加,且呈现显著的正相关关系。其他结构基因则表现为在果实发育早期表达量高至转色期下降而后在着色的关键时期表达量升高的趋势。综合分析基因的结构和表达推测LcMYB2可能具有负调节功能;LcWDR1比LcWDR2更有可能参与荔枝果皮花色素苷的生物合成;LcMYC1的在叶片中的表达量较高而且在含有花色素苷的幼叶中的表达比成熟叶片高,预示着其可能具有调控叶片花色素苷生物合成的功能。  3、LcMYB1表达分析表明,ABA明显促进而CPPU则强烈抑制LcMYB1的表达;套牛皮纸袋处理抑制了LcMYB1的表达,摘袋后LcMYB1的表达量剧增;无纺布套袋处理后荔枝果皮中的LcMYB1明显比对照表达量高,这些外源调控措施对LcMYB1表达的影响与对花色素苷含量的影响高度吻合,说明他们可能是通过调控LcMYB1来调节花色素苷的合成。  4、利用染色体步移法获得了LcMYB1和LcWDR1基因的启动子序列,距起始密码ATG长度分别为1786 bp和2700 bp,启动子在线预测分析表明在这两个启动子区域存在大量的调控元件。LcMYB1的启动子区域中包括光照响应相关元件,如G-Box、GAG-motif和Box4等;与激素反应相关元件,如ABA响应元件ABRE、茉莉酸甲酯响应元件CGTCA-motif/TGACG-motif、GA响应元件TATC-box;胁迫相关的元件,如TC-rich repeats和HSE。LcWDR1的启动子区域中包括光响应元件L-box、MNF1和Sp1等;低温响应元件LTR;激素相关元件,如GA响应元件P-box和水杨酸响应元件TCA-element。这些元件在某种程度上反应了调节调控基因的内部或者外部因子。  5、构建了pBI121-LcMYB1和pBI121-LcWDR1两个植物表达载体,并通过农杆菌介导对烟草进行遗传转化,共获得转LcMYB1的PCR阳性植株54株,转LcWDR1的PCR阳性植株40株。表现观察结果显示,转LcMYB1的烟草在幼苗时期能够积累大量花色素苷,随着发育的进行叶片中的花色素苷含量明显减少,温室培养的烟草植株叶片能观察到明显的红色的斑点;而转LcWDR1的植株与对照相比暂无明显的表型差异,结果还有待进一步的观察分析。以上结果进一步表明,LcMYB1是调控荔枝果皮花色素苷生物合成重要的转录因子。  
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