紫粒小麥花青素生物合成調(diào)控的分子基礎(chǔ)研究.pdf

1、小麥(Triticum aestivum)是世界上總產(chǎn)量第二的作物,僅次于玉米,且?guī)缀跞珵槭秤谩Ｒ虼颂岣咝←湹臓I養(yǎng)品質(zhì)是小麥育種的重要任務(wù)之一。紫粒小麥是籽粒的種皮和種皮積累花青素的結(jié)果。花青素是植物次生代謝物之一,是一類水溶性的類黃酮化合物。花青素不僅具有鮮艷的顏色,而且還能夠清除氧自由基,預(yù)防心血管等疾病的發(fā)生,具有一定的保健作用。紫粒小麥中花青素的含量受品種、生長環(huán)境的影響。目前對紫粒小麥的研究主要包括花青素含量、種類的測定,花青

2、素合成相關(guān)基因的分離及染色體定位等,但是花青素合成的調(diào)控機制沒有深入研究。我們以紫粒小麥漯珍一號為材料,鑒定了可能參與調(diào)控花青素生物合成的編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因,利用瞬時表達的方法分析了它們在花青素合成過程中的功能。研究結(jié)果為理解紫粒小麥中花青素生物合成的調(diào)控機制提供了新的信息,對紫粒小麥的分子輔助育種具有指導(dǎo)意義。
　　紫粒小麥漯珍一號在授粉后18天左右在籽粒背面肩部和背腹面間的棱角處開始有少量花青素的積累,然后逐漸向四周擴展,授粉

3、后25天時整個籽粒都有色素的積累,隨著授粉后時間的延長顏色逐漸變深。遮光處理抑制了紫粒小麥漯珍一號種皮中花青素的積累。
　　利用qRT-PCR的方法分析了遮光處理和自然生長籽粒的種皮中花青素合成相關(guān)酶基因TaCHS、TaCHI、TaF3H、TaDFR、TaANS的表達,發(fā)現(xiàn)這些基因在授粉后15天以前表達量很低或不表達。與授粉后15天相比,授粉后20天的表達量迅速上升。TaCHI、TaF3H的表達在授粉后20天達到最高,TaCHS、

4、TaDFR、TaANS的表達在授粉后25天左右時達到最高,隨后表達量下降。授粉后20天遮光處理的種皮中沒有花青素的積累,且TaCHS、TaCHI、TaF3H、TaDFR、TaANS的表達量很低。
　　以紫粒小麥漯珍一號授粉后20天的遮光處理和自然生長的種皮為材料進行了轉(zhuǎn)錄組測序。共組裝獲得97248個 Unigenes。通過比較分析發(fā)現(xiàn)有26791個表達差異的Unigenes,其中157個編碼轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子的種類包括HLH、E

5、RF、HSF、Leucinezipper、MADS、MYB、NAC、WRKY、Zinc finger。從157個表達差異的Unigenes中選擇了68個Unigenes,用qRT-PCR的方法對其表達進行了分析。遮光處理相比自然生長表達上調(diào)兩倍以上的Unigenes有10個,表達下調(diào)兩倍以上的有8個。這些基因編碼MYB或MYB-like、HLH、MADS、ERF、HSF、Leucinezipper、NAC、WRKY類轉(zhuǎn)錄因子,推測多種轉(zhuǎn)

6、錄因子參與花青素合成的調(diào)控。比較了這18個Unigenes在白粒小麥山農(nóng)2413、遮光處理和自然生長的紫粒小麥漯珍一號種皮中的表達,發(fā)現(xiàn)這些Unigenes在紫粒小麥漯珍一號中都是受光調(diào)控的。利用qRT-PCR方法分析了它們在籽粒發(fā)育過程中的表達模式,其中5個Unigenes與花青素合成酶基因的表達模式相似,推測它們促進花青素的合成;3個Unigene的表達模式與花青素合成酶基因的表達模式不同,推測它們抑制花青素的合成。
　　分離

7、到了與玉米中調(diào)控花青素合成的ZmC1、ZmR和ZmPAC1同源的MYB-bHLH-WD40類轉(zhuǎn)錄因子TaMYB75、TabHLH1和TaWD1。qRT-PCR分析發(fā)現(xiàn),在籽粒發(fā)育過程中,它們的表達模式與花青素合成相關(guān)酶基因的表達模式相似。酵母雙雜交實驗顯示TaMYB75、TabHLH1和TaWD1之間存在相互作用。TaMYB75、TabHLH1定位于細胞核中。在中國春幼苗胚芽鞘中瞬時表達TaMYB75、TabHLH1和TaWD1基因,發(fā)

8、現(xiàn)三個基因同時表達時能夠促進花青素的合成和積累,表明MYB-bHLH-WD40轉(zhuǎn)錄因子形成復(fù)合體調(diào)控花青素生物合成的模式也適用于紫粒小麥。
　　根據(jù)Unigene的差異表達分析和qRT-PCR分析,分離到MYB-like類轉(zhuǎn)錄因子Unigene4131、CL30500.Contig1,Leucinezipper類轉(zhuǎn)錄因子Unigene11497,ERF類轉(zhuǎn)錄因子CL41744.Contig1和CL10328.Contig1,WRK