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?。因此提高小麥的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是小麥育種的重要任務(wù)之一。紫粒小麥?zhǔn)亲蚜５姆N皮和種皮積累花青素的結(jié)果?；ㄇ嗨厥侵参锎紊x物之一,是一類(lèi)水溶性的類(lèi)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(zhǎng)環(huán)境的影響。目前對(duì)紫粒小麥的研究主要包括花青素含量、種類(lèi)的測(cè)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(jī)制沒(méi)有深入研究。我們以紫粒小麥漯珍一號(hào)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(shí)表達(dá)的方法分析了它們?cè)诨ㄇ嗨睾铣蛇^(guò)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(jī)制提供了新的信息,對(duì)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(hào)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(kāi)始有少量花青素的積累,然后逐漸向四周擴(kuò)展,授粉

3、后25天時(shí)整個(gè)籽粒都有色素的積累,隨著授粉后時(shí)間的延長(zhǎng)顏色逐漸變深。遮光處理抑制了紫粒小麥漯珍一號(hào)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(zhǎng)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(dá),發(fā)現(xiàn)這些基因在授粉后15天以前表達(dá)量很低或不表達(dá)。與授粉后15天相比,授粉后20天的表達(dá)量迅速上升。TaCHI、TaF3H的表達(dá)在授粉后20天達(dá)到最高,TaCHS、

4、TaDFR、TaANS的表達(dá)在授粉后25天左右時(shí)達(dá)到最高,隨后表達(dá)量下降。授粉后20天遮光處理的種皮中沒(méi)有花青素的積累,且TaCHS、TaCHI、TaF3H、TaDFR、TaANS的表達(dá)量很低。
　　以紫粒小麥漯珍一號(hào)授粉后20天的遮光處理和自然生長(zhǎng)的種皮為材料進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。共組裝獲得97248個(gè) Unigenes。通過(guò)比較分析發(fā)現(xiàn)有26791個(gè)表達(dá)差異的Unigenes,其中157個(gè)編碼轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子的種類(lèi)包括HLH、E

5、RF、HSF、Leucinezipper、MADS、MYB、NAC、WRKY、Zinc finger。從157個(gè)表達(dá)差異的Unigenes中選擇了68個(gè)Unigenes,用qRT-PCR的方法對(duì)其表達(dá)進(jìn)行了分析。遮光處理相比自然生長(zhǎng)表達(dá)上調(diào)兩倍以上的Unigenes有10個(gè),表達(dá)下調(diào)兩倍以上的有8個(gè)。這些基因編碼MYB或MYB-like、HLH、MADS、ERF、HSF、Leucinezipper、NAC、WRKY類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子,推測(cè)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(gè)Unigenes在白粒小麥山農(nóng)2413、遮光處理和自然生長(zhǎng)的紫粒小麥漯珍一號(hào)種皮中的表達(dá),發(fā)現(xiàn)這些Unigenes在紫粒小麥漯珍一號(hào)中都是受光調(diào)控的。利用qRT-PCR方法分析了它們?cè)谧蚜０l(fā)育過(guò)程中的表達(dá)模式,其中5個(gè)Unigenes與花青素合成酶基因的表達(dá)模式相似,推測(cè)它們促進(jìn)花青素的合成;3個(gè)Unigene的表達(dá)模式與花青素合成酶基因的表達(dá)模式不同,推測(cè)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(lèi)轉(zhuǎn)錄因子TaMYB75、TabHLH1和TaWD1。qRT-PCR分析發(fā)現(xiàn),在籽粒發(fā)育過(guò)程中,它們的表達(dá)模式與花青素合成相關(guān)酶基因的表達(dá)模式相似。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)顯示TaMYB75、TabHLH1和TaWD1之間存在相互作用。TaMYB75、TabHLH1定位于細(xì)胞核中。在中國(guó)春幼苗胚芽鞘中瞬時(shí)表達(dá)TaMYB75、TabHLH1和TaWD1基因,發(fā)

8、現(xiàn)三個(gè)基因同時(shí)表達(dá)時(shí)能夠促進(jìn)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(dá)分析和qRT-PCR分析,分離到MYB-like類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子Unigene4131、CL30500.Contig1,Leucinezipper類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子Unigene11497,ERF類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子CL41744.Contig1和CL10328.Contig1,WRK