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褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基色胺)是一种吲哚类色胺,最早在动物的松果体中发现,是一种广为人知的动物激素。褪黑素作为一类重要的生物内源分子,广泛分布于细菌、真菌、动物,甚至植物中,具有广泛的生物学功能。与在动物细胞中的研究不同,褪黑素在植物代谢方面的研究尚不多见。花青素是植物特有的黄酮类次级代谢产物,在植物的生殖和逆境防御方面发挥着重要功能。花青素的合成受许多内源和外源因素调控。其中,植物激素茉莉酸在花青素合成过程中起正调控的作用。茉莉酸通过诱导花青素合成基因的表达来促进花青素的合成。本课题以模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)为研究对象,利用茉莉酸诱导拟南芥积累过量花青素,探究褪黑素对植物花青素代谢的作用。通过观察发现,外源褪黑素单独处理拟南芥不仅可以轻微地减少花青素的产量,还可以削弱茉莉酸对花青素的诱导效应。接着,对拟南芥褪黑素过量积累和缺陷型植株进行研究,发现过量积累的内源褪黑素也可以改变茉莉酸对花青素的诱导效应。本课题接下来对这新发现展开了深入的探究。JASMONATE-ZIM-DOMAIN(JAZ)蛋白是茉莉酸信号通路的抑制子。在茉莉酸存在下,JAZs蛋白会被泛素化,后被26S蛋白酶体识别并降解。实验发现,褪黑素对JAZ1蛋白的稳定没有作用,也不会改变茉莉酸诱导的JAZ1蛋白降解。褪黑素也不会改变茉莉酸诱导的响应基因(JAZ1、JAZ2、JZ3、JAZ5,AZ9和JAZ10)表达以及其它茉莉酸相关表型。而且褪黑素也会抑制在茉莉酸诱导条件下的拟南芥茉莉酸相关突变体jazQ和aos的花青素积累。这些结果说明褪黑素抑制茉莉酸诱导的花青素积累不是通过阻断茉莉酸信号途径。同时,我们用茉莉酸诱导拟南芥突变体pap1-D积累过量的花青素,发现褪黑素不能降解突变体pap1-D过量积累的花青素,说明褪黑素不能催化花青素的降解。茉莉酸会诱导所有花青素合成基因(PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、F3H、F3’H、DFR,LDOX和UF3GT)的表达,而褪黑素不能改变茉莉酸的诱导趋势,也不能改变花青素合成基因的表达,说明褪黑素不是从转录水平上调控花青素的合成。最后,我们添加了花青素合成通路中的前体物质(L-苯丙氨酸,肉桂酸,柚皮苷查尔酮,柚皮素或香橙素),发现低浓度的香橙素可以部分恢复褪黑素抑制茉莉酸诱导花青素积累的效应,说明褪黑素作用于花青素合成过程,很可能抑制了黄烷酮-3-羟化酶(F3H)的活性,使得香橙素生成量减少,导致花青素产量降低。本课题揭示了褪黑素在植物细胞代谢过程中的作用。褪黑素在花青素代谢过程中起负调控作用。同时,也证明了褪黑素不会阻断茉莉酸信号通路。此外,初步研究发现,褪黑素作用于花青素合成通路,很可能作用于黄烷酮-3-羟化酶(F3H)催化香橙素生成的过程中。