PpBBX24-like和PpWRKY22L调控红梨花青苷合成的分子机制

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果皮色泽是果实品质的重要指标之一,红梨色泽的形成主要依赖于果皮中花青苷的积累。遗传基础是合成花青苷的决定因素,目前花青苷合成结构基因的研究已较为明确,MYB等转录因子对花青苷生物合成的调控已有深入研究,但对于红梨果皮着色的关键基因的定位及其功能研究仍较少。‘红早酥’梨是绿皮‘早酥’梨的芽变,其果皮可以积累花青苷。本研究以‘玉露香’与‘红早酥’的F1代杂交群体为主要试验材料,对‘红早酥’着色关键基因进行精细定位并探究了候选基因PpBBX24-like不同等位基因型的序列变异及功能差异。此外,基于前人分析的结果,PpWRKY22L可能参与调控红梨着色的过程。以‘红早酥’为试材,本研究详细探究了PpWRKY22L调控红梨花青苷合成的分子机制。主要研究结果如下:1.PpBBX24-like与‘红早酥’梨着色关联性分析以‘玉露香’ב红早酥’杂交群体F1代共180株个体作为材料,采用GBS技术,平均每个个体测序的原始数据为788.62 Mb,总测序量为146.68Gb。测序数据与‘翠冠’梨参考基因组比对分析后,进行群体SNP检测和SNP分子标记的开发。利用筛选到的13972个SNP标记构建高密度遗传连锁图谱,共包含17个连锁群(Linkage Group,LG),总遗传距离为3158.01 cM,平均距离为0.43 cM,最大gap为12.74 cM。其中,父本(‘红早酥’)图谱上图SNP标记5009个,总遗传距离为3600.91 cM,平均距离为0.72 cM,最大gap为39.31 cM。利用遗传图谱,我们将控制着色的关键基因定位至Chr4的4514414bp与4695749 bp间的区段,约180 Kb大小,共含21个基因。通过对这21个基因的功能注释进行分析,筛选到5个基因。进一步的qPCR分析表明只有PpBBX24-like可以被光诱导,同时呈现出与花青苷合成关键基因PpCHS、PpANS、PpF3H、PpMYB10一致的表达趋势。在‘红早酥’梨及‘早酥’梨中,共克隆到3种PpBBX24-like的等位基因型,分别记为PpBBX24-1、PpBBX24-2和PpBBX24-1m。其中,在‘红早酥’中发现了一个突变的等位基因PpBBX24-1m。这个等位基因只在‘红早酥’中存在,与其他基因型(PpBBX24-1、PpBBX24-2)相比存在14 bp的缺失,导致移码突变及翻译的提前终止。结合上述结果,我们将PpBBX24-like基因作为导致‘红早酥’着色的候选基因。利用‘红早酥’与‘库尔勒香梨’杂交后代群体,通过序列比对分析、聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)分析、高分辨率熔解曲线分析(HRMA),我们证实了缺失型PpBBX24-1m只在红色表型个体中存在,同时多种试验手段可以将PpBBX24-1m与其他基因型分离,开发了基于PpBBX24-1m缺失的14bp碱基的分子标记。结构域分析表明PpBBX24-like在N端含有2个B-box结构域。亚细胞定位证实,PpBBX24-1、PpBBX24-2都能定位在细胞核,而PpBBX24-1m则同时分布在细胞核和细胞质中。此外,双荧光素酶试验明确了PpBBX24-like可以调控花青苷结构基因的表达。2.PpWRKY22L促进花青苷的合成参考实验室前期转录组数据的分析结果,筛选到了一个PpWRKY22L转录因子。通过保守结构域分析,发现PpWRKY22L属于WRKY家族Ⅱe组。PpWRKY22L能够响应光信号,被光照诱导的趋势与PpMYB10、PpCHS基本一致。在‘茄梨’愈伤组织中同源过表达PpWRKY22L和在‘红早酥’梨果实中瞬时过表达PpWRKY22L均表明其能够促进梨花青苷积累。沉默PpWRKY22L抑制了注射孔附近的花青苷的合成,进一步证实PpWRKY22L可以正调控光诱导的花青苷合成过程。双荧光素酶试验表明PpWRKY22L可以上调PpCHS、PpDFR、PpUFGT的表达。酵母双杂试验表明PpWRKY22L不能与PpHY5、PpbHLH3和PpMYB10互作,而通过双分子荧光互补试验,我们发现PpWRKY22L可以与PpbHLH64、PpMYB114互作,这为我们后续探究MBWW复合体提供了依据。综上所述,本研究利用‘玉露香’与‘红早酥’杂交群体F1代,通过遗传分析定位的方式,锁定到了一个与梨果皮红色性状紧密连锁的区段,大小约180 Kb。进一步筛选到PpBBX24-like,并发现其在‘红早酥’中发生序列变异,导致PpBBX24-like的亚细胞定位及功能发生变化。此外,我们还鉴定了一个受光诱导的PpWRKY22L转录因子。PpWRKY22L能够上调花青苷合成结构基因的表达,促进红梨花青苷的合成。在此基础上我们发现PpWRKY22L能与PpbHLH64、PpMYB114互作,为后续研究PpWRKY22L介导花青苷合成的调控模式奠定基础。本文初步探究了PpBBX24-like和PpWRKY22L调控花青苷的分子机制,有助于进一步明确‘红早酥’果皮着色的形成机制,所开发的分子标记有助于红梨的分子标记辅助育种,对于梨品种选育具有一定意义。
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