论文部分内容阅读
紫山药(Dioscorea alata L.)为薯蓣科植物,因具有补肾养胃、生津益肺的功效,并富含大量花青素而被称为“紫人参”。花青素是目前发现的最强自由基清除剂,具有抗氧化作用,在植物对抗生物胁迫和非生物胁迫时具有重要作用,并且在园艺、化妆品、食品等方面也具较高的商业应用价值。目前花青素合成在拟南芥、矮牵牛、葡萄和烟草等作物已有广泛研究,而在紫山药中的研究尚未全面开展,相关研究的不足使得对紫山药中花青素合成机理的探究具有局限性。本研究从花青素合成相关基因表达、关键基因探究、转录调控因子表达及花青素合成相关基因克隆4个方面对紫山药花青素合成积累机理进行初步系统的探究,为进一步研究紫山药花青素合成代谢提供充分的理论依据和技术支持。以引自浙江台州的山药(Dioscorea alata L.)大薯品种中紫山药和白山药为试验材料,种植在大田和温室内,分析花青素合成基因(PAL、F3H、F3’H、F3’5’H、 DFR、ANS和UFGT)在山药发育中表达情况,以期找出造成紫、白山药颜色差异的关键基因。结果显示ANS和UFGT在紫、白山药之间表达量存在极显著差异(P<0.01),高温干旱胁迫后,除UFGT’外,其他基因在紫、白山药不同器官中具有不同诱导程度的表达。推测造成紫、白山药颜色差异的关键基因可能是UFGT,此基因为紫山药花青素合成过程中的关键基因。分析花青素合成基因和转录调控基因在紫山药块茎花青素积累过程中的表达情况,结果显示花青素合成早期基因PAL、F3H、F3’H和F3’5’H在块茎花青素积累初期表达量最高,其他时期表达量较低,而花青素后期合成基因DFR、 ANS和UFGT表达情况与块茎中花青素积累动态过程符合,与此相符的还有TT1、 EGL3、TTG1和TTG2转录调控因子的表达,推测紫山药块茎中花青素合成基因和转录调控因子协同参与紫山药块茎中花青素合成和积累。本研究结合3’-RACE和5’-RACE技术克隆得到紫山药DaF3H、DaFLS1基因编码序列全长,GenBank登陆号分别为：KF561995、KJ022640,二者均属于20G-Fe (Ⅱ)双加氧酶家族。对二者编码的氨基酸序列进行系统进化树分析,结果显示DaF3H和DaFLS1基因编码的氨基酸序列与均独立为一枝,与其他作物亲缘关系较远。DaF3H和DaFLS1基因在紫山药中的表达情况符合二者表达特征。针对DaF3H启动子序列中存在的GT-1元件设计遮光处理实验,表明DaF3H基因表达受光调节,同时进一步证明DaF3H基因表达与花青素合成积累同步。本研究1)指出了紫山药花青素合成过程中的关键基因；2)探明了花青素积累过程是一个动态积累和多基因调节的过程；3)推测花青素合成基因F3’H和F3’5’H可能与植物生长发育有关；4)对DaF3H和DaFLS1基因的克隆分析为紫山药花青素合成途径的探究提供理论依据和技术指导,为紫山药花青素合成积累的机理奠定基础。