不同果色树莓MYB10基因促进花色苷形成功能研究

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树莓果实颜色主要分为红、黄、黑、紫四种,富含多种花色苷,丰富的花色苷种类以及含量使树莓具有很高的经济价值和发展前景。花色苷隶属于黄酮类物质,是一种广泛分布在植物叶片、果实、花等器官中的天然色素。MYB转录因子在黄酮类代谢途径中起到重要的调节作用,对其功能进行探究可明确花色苷合成调控的具体机制。为探究MYB转录因子在树莓果实花色苷合成中的作用,本试验以红树莓‘Caroline’(Rubus idaeus.L)、黄树莓‘желтыйгигант’(Rubus idaeus.L)、紫树莓‘美22’(Rubus neglectus)和黑树莓(Rubus occidentalis)四种不同颜色树莓果实为材料,采用高效液相色谱质谱联用技术(HPLC-MS)对树莓果实中的花色苷进行定性定量分析;克隆了四种颜色树莓果实中的MYB10基因,对获得的基因序列进行了生物信息学分析(蛋白理化性质、系统进化关系等)并进行了亚细胞定位;采用q RTPCR检测了四色树莓果实不同组织部位及果实发育不同时期的MYB10基因的表达量并将MYB10基因在烟草中异源表达,测定转基因烟草花色苷含量和花色苷合成关键酶基因表达量,分析MYB10基因在花色苷合成中的作用。研究结果如下:1、通过HPLC-MS分析表明,红、黄、黑、紫四种颜色树莓果实花色苷种类和含量均有差异,四种颜色树莓中共鉴定出24种花色苷类化合物,且四种颜色树莓中均鉴定出了较高含量的矢车菊素-3-O-芸香糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷这两种花色苷。花色苷种类最多的品种是黑树莓,有16种。进一步定量分析表明,四个品种树莓花色苷含量在2.4 mg/g~55.79 mg/g之间,其中黄树莓花色苷含量最低,而黑树莓花色苷含量最高。2、从四种颜色树莓果实中克隆得到MYB转录因子家族成员,基因全长皆为654bp,共编码217个氨基酸,将其分别命名为RiMYB10(红树莓和黄树莓)、Rn MYB10(紫树莓)和Ro MYB10(黑树莓);黄树莓、紫树莓、黑树莓三者氨基酸序列完全一致,红树莓主要差别为在第60位由天冬氨酸突变为谷氨酸;经序列比对和蛋白质二三级结构预测,四个转录因子均为R2R3型MYB转录因子,预测该蛋白质的理论分子质量为25.341 k Da。分析树莓RiMYB10蛋白的保守结构域发现,氨基酸序列中第4-54个和第57-105个碱基为R2R3-MYB标志性的SANT保守结构域,这些结果说明RiMYB10属于MYB家族;利用烟草瞬时表达系统分析RiMYB10蛋白在亚细胞结构中的定位情况,结果显示RiMYB10-GFP融合蛋白主要在细胞核中发挥作用;系统进化关系分析表明,RiMYB10蛋白与野草莓(Fragaria vesca)Fv MYB10的同源性较高,推测其具有正调控花色苷合成的作用。3、通过qRT-PCR检测四种树莓不同组织部位及果实不同发育时期的MYB10表达量,发现MYB10基因在所检测的组织中均有表达但表达量存在差异,成熟期和转色期果实中MYB10基因表达量显著高于青果期和其它组织,叶片和茎中表达量相对较低,根中表达量最低。4、构建RiMYB10过表达载体,在普通烟草(Nicotiana tabacum)中异源表达,转基因烟草植株中RiMYB10基因的表达量及总花青素含量均显著高于野生型植株;此外,转基因烟草植株中花青苷合成关键基因CHS、CHI、F3H、ANS和UFGT的表达量也显著提高。表明RiMYB10基因能够促进花色苷的合成。
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