彩色马铃薯花色素苷生物合成及其调控研究进展

花色素苷是彩色马铃薯主要呈色物质,具有特殊的营养价值。本文总结了近年来马铃薯花色素苷研究工作取得的进展,重点对马铃薯花色素苷种类、生物合成途径及其分子调控机制研究进行归纳,以期为后续马铃薯花色素苷生物合成机制研究和富集花色素苷马铃薯品质改良提供参考。

马铃薯PAL基因家族的全基因组鉴定及其在非生物胁迫下和块茎花色素苷合成中的表达分析

苯丙氨酸解氨酶(phenylalanin ammonia-lyase,PAL)是苯丙烷代谢途径的限速酶和关键酶,在植物生长发育过程中发挥着重要作用。本研究在马铃薯(Solanum tuberosum L.)全基因组水平下,利用BlastP和HMM 3.1鉴定到8个PAL基因家族成员,利用ExPASy、CELLO、PlantCARE等在线工具,对PAL基因家族成员的进行生物信息学分析。利用PGSC数据库下载的RNA-seq数据,分析了StPALs在双单倍体(DM)马铃薯不同组织部位和非生物胁迫下的表达模式。对3个不同颜色马铃薯块茎组织(皮和肉)进行RNA-seq,以及利用3个不同颜色块茎杂交子代的薯肉进行qPCR分析。结果表明,8个StPALs分布在3、5、9和10号染色体上,它们与烟草(Nicotiana tabacum)PAL的亲缘关系较近。StPAL基因成员的启动子区域内含有多个顺式元件,包括光响应、逆境胁迫响应、激素响应、生长发育相关和转录因子调控的多种顺式元件。StPAL2在匍匐茎中特异表达,StPAL3/5/8在块茎和匍匐茎中特异表达,StPAL3在甘露醇处理下下调表达,StPAL3和StPAL8在热胁迫中上调表达。它们可能参与了马铃薯块茎的发育和非生物胁迫响应。5个StPALs(StPAL3/4/5/6/8)基因在彩色薯肉中均上调表达,可能参与马铃薯薯肉中花色素苷的生物合成。这些结果为进一步了解StPAL基因家族特征,深入分析StPALs基因在马铃薯中的功能提供了理论依据。

“法兰地”草莓果实中花色素苷的组成及稳定性

运用液质联用仪（HPLC-MS）和高效液相色谱仪（HPLC-DAD）对“法兰地”草莓果实中的花色素苷的种类进行鉴定,并进一步对纯化后的“法兰地”草莓果实花色素苷的稳定性进行研究.结果表明草莓果实中主要的花色素苷是矢车菊素-3-葡萄糖苷、天竺葵素G3G葡萄糖苷、天竺葵素G3G芸香糖苷和天竺葵素G丙二酰葡萄糖苷.草莓果实花色素苷对高温敏感,当贮藏温度高于40℃时,其降解速率迅速增加.不同光质条件下草莓果实花色素苷所表现的稳定性有所不同,其中,在红光条件下草莓果实花色素苷最稳定,其次是黄光和绿光,白光条件下稳定性最差.草莓果实花色素苷在pH1.0-6.0能保持稳定.添加5%的单糖或有机酸对草莓果实花色素苷的稳定性无显著影响,添加10%的单糖或有机酸在一定程度上降低草莓果实花色素苷的稳定性.

采后处理对荔枝果皮花色素苷含量和花色素苷酶活性的影响

研究了冷藏、ABA、1-MCP、热处理及HCl护色等采后处理对桂味荔枝果皮花色素苷含量和花色素苷酶活性变化的影响。结果表明,与冷藏适温(3℃)相比,0℃下果实遭受了冷害,果皮花色素苷酶活性急剧增强,峰值提前出现,花色素苷含量迅速减少。ABA、1-MCP处理能暂时延缓花色素苷酶活性的上升。热水处理不同程度地诱导了果实花色素苷酶活性的升高,果皮褪色,而适当浓度的酸处理能显著抑制花色素苷酶活性,对果皮具有较好的护色效果。

红肉桃两类花色素苷积累模式与相关基因表达差异

【目的】分析中国主要红肉桃种质呈色类型及分子机理,为红肉桃种质优异基因发掘和分子标记辅助选择育种奠定理论基础。【方法】选择8份红肉桃种质和1份白肉桃种质为试材,分别在花后一个月开始采集样品,以后每隔10 d左右采集一次,至果实成熟期为止;用2%甲酸甲醇提取不同种质果肉的花色素苷,分别测定其在510 nm和700 nm的吸光值;利用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)方法,测定与花色素苷合成相关的13个关键结构基因和调节基因的表达水平。【结果】根据果实发育中后期花色素苷含量的变化趋势可将8份红肉桃种质分为2类,一类种质的花色素苷合成高峰出现在果实成熟期(成熟期积累型),如‘郑引82-9’‘大红袍’‘黑布袋’‘红桃’和‘天津水蜜’;另一类种质的花色素苷合成高峰出现在果实发育中期,在成熟期花色素苷含量有所下降(发育中期积累型),如‘哈露红’‘大果黑桃’和‘乌黑鸡肉桃’。在与花色素苷合成相关的结构基因中,Pp CHS和Pp UFGT的表达量与成熟期积累型种质的花色素苷含量的变化趋势一致;而发育中期积累型种质,果肉中花色素苷的大量积累与所有结构基因的表达趋势一致。在4个调控基因中,只有Pp MYB10.1的表达水平较高,且表达模式同红肉桃种质两类花色素苷积累模式相似。【结论】根据桃果肉着色规律和花色素苷积累模式,8份红肉桃可以分为成熟期积累型和发育中期积累型种质。Pp CHS和Pp UFGT是成熟期积累型种质的关键结构基因,而Pp MYB10.1在供试的所有红肉桃种质花色素苷合成中起关键作用。

果实花色素苷合成研究进展

综述了果实花色素合成研究在近几年取得的进展,介绍了花色素苷合成途径中查尔酮合成酶、查尔酮异构酶、黄烷酮3-羟化酶、类黄烷酮3’-羟化酶、类黄烷酮3’,5’-羟化酶、二氢类黄酮还原酶、花色素苷合成酶、类黄酮3,5-糖苷转移酶在花色素合成过程中的作用,酶蛋白的结构及相对应的结构基因、调节基因和转录因子MYB、MYC、WD40等的作用特点,并介绍了外界因子对果实着色的影响及其调节机制。

pH值和温度对荔枝果皮花色素苷稳定性的影响

探讨了pH值和温度对离体荔枝果皮花色素苷颜色及稳定性的影响 ,结果表明 :随pH值增加 ,荔枝花色素苷由红变褐 ,在 510nm波长处的特征吸收峰逐渐消失 ;pH值影响花色素的稳定性 ,随着pH值的增加花色素苷降解加快 ;荔枝在常温贮藏时 ,其果皮pH值逐渐增加 ,因而促使花色素苷迅速变色及降解 ,促进果皮迅速褐变 ;低温能显著保持花色素苷的稳定性 。

荔枝采后果皮花色素苷的降解与花色素苷酶活性变化

荔枝果实外观颜色在很大程度上取决于果皮花色素苷含量及其存在的状态 ,果皮褐变与花色素苷含量呈显著的负相关。荔枝果皮存在高活性的花色素苷酶 ,而同样富含花色素苷的水果如苹果、葡萄、草莓和杨梅等则不含花色素苷酶活性。容易褐变的糯米糍荔枝含有较高的花色素苷酶和PPO活性 ;不容易褐变的桂味、兰竹则含有较低量的花色素苷酶和PPO活性。在荔枝采后褐变过程中 ,花色素苷酶活性一直维持在较高水平并呈逐渐上升的趋势 ,PPO活性随褐变加重而下降 ,POD活性则逐渐升高。因此推测 ,荔枝果皮花色素苷的降解及果皮褐变除了与PPO和POD有关之外 ,还可能与花色素苷酶有关。

花色素苷生物合成与分子调控研究进展

花色素苷是决定植物花色的主要色素,其生物合成是目前研究得最为清楚的植物次生代谢途径之一。花色素苷的生物合成主要在3个关键酶F3H,F3′H和F3′5′H的作用下形成3个分支,最终分别生成橙色到砖红色的天竺葵素糖苷、红色的矢车菊素糖苷和蓝色到紫色的飞燕草素糖苷。F3′H、F3′5′H和DFR基因是利用遗传转化引入花卉植物原本缺乏的花色代谢途径的关键基因。花色素苷合成结构基因的转录调控是目前研究的热点,进行调控的转录因子主要包括两大类相互作用的bHLH和MYB转录因子;花色素苷合成的转录调控机理,包括bHLH和MYB两类因子之间的相互作用,以及它们对结构基因顺式元件的识别与结合,已经阐述得比较清楚。另外,对于一些处于bHLH和MYB上游的WD40类因子和光敏色素的研究,开启了对从信号传导到花色素苷合成的整个调控过程的探索。

荔枝果皮褐变过程中花色素苷含量的变化及测定

对荔枝果皮花色素苷含量与果皮褐变的关系进行了研究 ,详细比较了荔枝上两种花色素苷的测定方法 ,结果表明 :随着采后荔枝果皮褐变指数的升高 ,果皮花色素苷含量显著下降 ,两者呈现很好的负相关 .盐酸甲醇法测定褐变荔枝果皮的花色素苷含量时存在较大的干扰 ,主要原因是盐酸甲醇将不溶于水的褐色物质也提取了出来 ,褐色物质的盐酸甲醇溶液在 5 30nm处有较强烈的光吸收 。

叶片中的花色素苷及其对植物适应环境的意义

简要介绍了花色素苷的化学组成、生物合成过程和其生物合成的诱导因子 。

不同颜色果袋对李果实着色及花色素苷合成的影响因素分析

以大石早生李为试材,研究了不同颜色的果袋对李(Prunus salicina Lindl.)果实外观色泽、花色素苷含量的影响,并探讨了果实中糖酸含量、PAL(苯丙氨酸氨解酶)和UFGT(类黄酮葡糖苷转移酶)酶活性与花色素苷合成的关系。结果表明,果袋的透光率与果皮外观色泽有密切关系,透光率越高,a*越大,果皮颜色越红。白色果袋与对照、红袋与黄袋果实外观无显著差异,白袋与红袋,黑袋(完全不透光)与黄袋,红袋与黄袋处理之间的果实外观色泽存在显著差异。果实成熟时果皮中花色素苷含量与纸袋的透光率呈正比,波长580nm以上橙、红光的透光率与果皮中花色素苷含量相关系数r>0.99。在不同颜色果袋影响果实成熟时果皮的糖酸积累方面:不同颜色果袋对果肉中糖酸含量无显著影响,果皮的糖含量与花色素苷含量亦无显著相关性,但成熟时果皮中酸含量与花色素苷含量呈显著正相关(r=0.9815*)。不同颜色果袋影响PAL、UFGT酶活性,果实成熟时不同果袋PAL酶活性与花色素苷含量相关性显著(r=0.9613*),UFGT酶活性与花色素苷含量相关性显著(r=0.9365*)。

不同红梨品种果皮中花色素苷组分及含量特征分析

为了探讨不同红梨品种果皮中花色素苷组分及含量特征,采用高效液相色谱法对37个红梨品种成熟期梨果皮中花色素苷组分及含量进行测定,并进行差异显著性和主成分分析。结果表明:成熟期梨红色果皮中花色素苷主要由矢车菊素-3-半乳糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷、矢车菊素-3-阿拉伯糖苷、芍药素-3-半乳糖苷和芍药素-3-葡萄糖苷组成。其中矢车菊素-3-半乳糖苷含量最高,占花色素苷总量的66.37%,矢车菊素-3-葡萄糖苷和芍药素-3-半乳糖苷分别占总花色素苷的11.43%和9.70%,而矢车菊素-3-阿拉伯糖苷与芍药素-3-葡萄糖苷的含量较少。西洋梨、白梨、秋子梨中以矢车菊素-3-半乳糖苷和芍药素-3-半乳糖苷为主,分别占花色素苷总量的72.72%和16.04%;而砂梨主要以矢车菊素-3-半乳糖苷和矢车菊素-3-葡萄糖苷为主,分别占花色素苷总量的59.66%和22.08%。结论:矢车菊素-3-半乳糖苷是梨花色素苷的最主要成分。不同栽培种的红梨花色素苷组分存在差异。通过综合评价,筛选出优异红皮梨品种,如秋子梨的‘官红宵’,白梨的‘洋红宵’,砂梨的‘弥渡玉梨’‘弥渡红梨’和‘丽江甜中古’,以及杂交品种‘八月红’‘红香酥’等。

多酚氧化酶在荔枝果皮花色素苷降解中的作用

【目的】荔枝果皮褐变与花色素苷含量、多酚氧化酶(PPO)活性的关系极为密切,本研究的目的是探讨PPO催化花色素苷降解而引起果皮褐变的机理。【方法】利用纯化的荔枝果皮PPO、花色素苷、花色素、花色素的降解产物及固定化PPO,探讨PPO在花色素苷降解中的作用。【结果】纯化的荔枝果皮PPO虽不能催化花色素苷降解,但在邻苯二酚存在下,花色素苷被PPO迅速降解,并形成褐色产物;PPO可直接催化氧化荔枝果皮花色素及其降解产物并形成褐色产物;利用固定化PPO建立了PPO-酚-花色素苷反应系统,表明花色素苷的降解不依赖于PPO,而仅依赖于PPO催化形成的醌类物质。【结论】在荔枝果皮褐变过程中,首先是PPO催化氧化酚类物质、花色素及其降解产物形成相应的醌类物质,醌类物质进一步氧化花色素苷,导致花色素苷含量降低、褪色或变色。

欧亚种葡萄花色素苷的积累及UFGT基因的RT-PCR表达分析

以欧亚种葡萄为试材,研究南方设施栽培条件下果实中花色素苷的积累与着色。结果表明,转熟期花色素苷开始积累,果实颜色由绿转红直至成熟,其积累的花色素苷以单糖苷类为主,不同于欧美杂交种,品种间花色素苷组分也存在差异。设施条件下与离体培养结果均表明外源应用ABA和鼠李糖能够促进欧亚种葡萄红地球果实花色素苷的积累,芍药色素糖苷含量增加显著,蔗糖则起抑制作用。半定量RT-PCR分析显示,葡萄糖类黄酮转移酶RGufgt基因(GenBank:DQ513314)在葡萄幼叶中表达,在绿果时不表达,果实转熟着色后即开始表达,直至果实成熟,同花色素苷积累过程完全一致。

环境因子及外源化学物质对植物花色素苷的影响

花色素苷对彩叶植物叶片呈色以及果实果皮着色的作用受到广泛重视,但关于环境因子以及外源化学物质对花色素苷的影响研究缺乏系统评述。依据国内外近10年来的相关文献,在阐述花色素苷的生理作用和实用价值的基础上,综述了光照、温度、水分、pH值等有关环境因子和有机物、植物生长调节剂、矿质元素等外源化学物质对植物花色素苷积累、含量变化以及稳定性的影响及其生理机制;结果表明,对多数彩叶植物而言,全光照和较强光照、较低的生长温度、适度的土壤和大气干旱以及低pH值介质条件有利于花色素苷的合成、稳定和积累;而外源物质中,可溶糖、柠檬酸等有机物能促进花色素苷的合成和积累,乙烯、脱落酸(ABA)、金雀异黄素(GNT)、5-氨基乙酰丙酸(ALA)和茉莉酸(JA)等生长调节物质具有促进花色素苷合成和积累的作用,铜、钾、钙等矿质元素可促进花色素苷的合成和积累。论文还分析归纳了该领域尚待解决的问题(如外界因子对不同种类的花色素苷合成及比例变化的影响有何不同?),并指出了今后的研究方向,重点应明确环境因子是如何影响花色素苷的代谢路径以及不同种类植物中的花色素苷对外界影响因子响应机制的差异等。

食品添加剂对荔枝果皮花色素苷稳定性影响的研究

研究了几种常用食品添加剂对荔枝花色素苷提取物稳定性的影响。结果表明,蔗糖、葡萄糖、乳糖可以增强荔枝花色素苷的稳定性;酸味剂如柠檬酸、酒石酸、乳酸、醋酸对荔枝花色素苷有良好的增色、护色效果;Mg2+、Zn2+、Fe2+、苯甲酸、山梨酸和β-环糊精对花色素苷的稳定性影响不明显;Ca2+有一定的增色作用,乙醇有减色作用,而VC、Cu2+对花色素苷有破坏作用。荔枝花色素苷是可广泛应用于食品、饮料和医药等行业的天然植物食用色素。

HPLC法测定葡萄与葡萄酒中的花色素苷

利用甲醇和超声波提取酿酒葡萄‘Granoir’中的花色素苷,利用高效液相色谱分别测定了该葡萄及酒中的花色素苷。在测得的9种花色素苷中,均以二甲花翠素3-O-葡萄糖苷含量最高,分别占总成分的39.71%和69.55%,其次为二甲花翠素3-O-(6-O-对香豆酰)葡萄糖苷,构成了Granoir葡萄及葡萄酒中的主要呈色成分。

紫丁香叶片发育过程中花色素苷含量与叶绿素荧光和激发能分配的关系

以紫丁香(Syringa oblata Lindl.)为试验材料,研究了叶片展开过程中花色素苷含量变化对叶绿素含量、叶绿素荧光特性和光合激发能分配的影响。结果表明:紫丁香叶片从幼叶伸出到叶片成熟的各生育阶段,花色素苷含量降低,而叶绿素含量增加,二者之间呈明显的负相关,叶片对光能的捕获和利用能力也随着花色素苷的降低而增强,但是,从叶片伸出到叶片展开,叶片最大光化学效率(F v/F m)没有明显变化。在紫丁香叶片伸出到扩展的进程中,花色素苷含量降低,PSⅡ反应中心吸收的光能分配到失活PSⅡ反应中心的热耗散量子产额(ФNF)下降,以及依赖于叶黄素循环的量子产额(ФNPQ)下降。说明叶片叶龄越小,花色素苷含量越多,依赖于类囊体膜两侧质子梯度和叶黄素循环耗散的能量比例明显高于成熟叶片,而且PSⅡ反应中心吸收光能分配到无活性反应中心的比例较大,这种光能的分配机制明显降低了幼叶中有活性PSⅡ反应中心的压力,因此,花色素苷可防止幼叶光合机制受到过剩光能的破坏。

光和糖对非洲菊花色素苷积累及CHS、DFR基因表达的影响

探讨了光和糖对非洲菊(Gerbera hybrida)花序最外轮舌状花(ray floret)花瓣着色的影响。P2期花序和舌状花先在含有3%蔗糖和无蔗糖的固体培养基(8g.L-1琼脂)上进行3d暗培养,光照处理不同时间后,继续暗培养,第9天取样,采用分光光度计法测定舌状花花瓣花色素苷积累;照光后立即取样,以Northern-blot检测CHS、DFR基因表达的变化。研究结果表明,短暂光照提高花色素苷积累;光照明显诱导CHS、DFR基因表达,光照时间越长,基因表达水平也越高。暗培养7d和9d,光诱导基因表达效应明显减弱。培养基中含有蔗糖时,光强烈诱导花色素苷积累和CHS、DFR基因表达。