黄黑籽甘蓝型油菜类黄酮途径基因SNP位点检测分析

类黄酮物质在植物花、叶、果实和种子颜色变化的过程中起着至关重要的作用，本研究以不同黄黑籽种皮材料为研究对象，采用基因同源克隆方法，获得17个类黄酮基因全长ORF序列，在核酸和蛋白水平上分别序列差异比较表明，这些基因在不同黄黑籽材料中共存在41个不同拷贝成员。在核苷酸水平上，检测到 BnTT3、BnTT18、BnTTG1和BnTTG2的单核苷酸位点数目介于16-52之间，且BnTTG2在3个不同的位置上还存在多个碱基的连续性缺失现象（119-121 bp、183-189 bp和325-330 bp），但在蛋白水平上仅存在2-16个氨基酸位点差异，说明BnTT3、BnTT18、BnTTG1和BnTTG2在不同甘蓝型黄黑籽材料中存在单核苷酸位点差异，而单核苷酸位点突变不一定导致氨基酸位点的变异。在不同黄黑籽材料中仅BnTT3和BnTT18存在一致性的氨基酸突变位点（252和87），推测BnTT3和BnTT18可能在黄黑籽甘蓝型油菜种皮颜色差异形成过程中发挥至关重要的作用。通过这些位点的等位特异PCR可以区分材料间透明种皮基因，为特异基因芯片的开发及阐明甘蓝型油菜种皮色泽性状的基因及其作用位点奠定基础。

不同红梨果皮类黄酮合成基因表达模式分析

采用半定量和荧光定量PCR方法,分析10个类黄酮合成基因在梨品种‘红星’和‘满天红’成熟果皮中的转录特性以及光照对基因表达的影响。结果表明:‘满天红’花色苷合成上游基因(CHS、CHI)的表达量高于‘红星’,而下游基因(F3 H、DFR、ANS)以及黄酮醇(FLS)和原花色素(LAR、ANR)合成相关基因的表达量却正好相反。套袋去除光照可使所有被检测基因的转录水平降低,F3GT和FLS最明显,表达量差异达20～30倍以上,且套袋‘红星’中PAL、F3 H、DFR、ANS、LAR、ANR基因的表达量仍高于不套袋‘满天红’。研究认为,花色苷合成下游基因转录水平的差异是2个红色梨品种间着色不同的主要原因,而F3GT是光照调控‘红星’着色的关键基因。

类黄酮合成通路介导的木薯对木薯绵粉蚧的防御机理

木薯是世界重要的粮食作物、能源作物和工业原料。木薯绵粉蚧(Phenacoccus manihoti Matile-Ferrero)是一种世界危险性检疫性害虫,培育和利用抗虫木薯品种可以有效阻断其定殖为害。挖掘具有抗虫作用的次生代谢物质及其调控基因是开展抗虫育种的重要策略之一。而类黄酮是植物抵御生物与非生物胁迫的特有次生代谢物质,但类黄酮及其合成通路基因在木薯抗木薯绵粉蚧中的功能尚不清楚。据此,本研究分析了抗虫木薯品种(C1115、SC9、缅甸)和感虫木薯品种(KU50、SC205、面包)被木薯绵粉蚧为害不同时间(0、1、4、8d)后,叶片中类黄酮合成通路相关基因(CHS、CHI、FLS、LAR、DFR、F3H、CCoAOMT、C4H、C3’H、ANR)表达量以及类黄酮含量的变化情况。结果表明:木薯绵粉蚧取食后,叶组织中CCoAOMT、C3’H、ANR、C4H虽然上调表达,但与为害前相比并无显著差异,且抗、感木薯品种间的表达量也无显著差异;与之相对,CHS、CHI、FLS、F3H、DFR、LAR基因表达量均比为害前显著提高,并且在相同的为害时间内,这6个基因在抗虫木薯品种中的表达量也显著高于感虫木薯品种。进一步通过相关性分析发现,CHS、CHI、FLS、F3H、LAR基因的表达量与木薯品种的抗虫性呈显著正相关。此外,总黄酮含量测定结果表明:木薯绵粉蚧为害1 d时总黄酮含量与为害前相比均显著上升,为害4 d后抗虫木薯品种总黄酮含量显著高于感虫木薯品种。相关性分析显示,总黄酮含量也与木薯品种的抗虫性呈显著正相关。因此推测,类黄酮含量的上升及其调控基因CHS、CHI、FLS、F3H、LAR在抗虫木薯品种中的显著上调表达与其对木薯绵粉蚧的抗性有关。本研究为深入解析类黄酮合成基因调控木薯对木薯绵粉蚧的抗虫防御反应分子机制,以及木薯抗虫分子设计育种提供重要的前期基础。

类黄酮合成途径结构基因的表达分析与中国水仙不能合成花青素原因的初步解析

植物类黄酮合成途径包括花青素、黄酮醇、原花青素等不同分支。为了解析中国水仙花色单一的原因,我们通过显色反应和HPLC分析了中国水仙(漳州水仙)不同器官中类黄酮的主要成分。结果显示:花瓣和副冠中类黄酮的主要成分是黄酮醇;鳞茎盘中的主要成分是原花青素;几个器官中都没有花青素。因此,缺乏花青素可能是中国水仙花色单一的主要原因。为了进一步了解中国水仙不能合成花青素的原因,我们进行了鳞茎盘转录组测序。De novo组装出36,006个unigene,平均读长706bp。通过Blast数据库比对、序列分析等方法鉴定类黄酮合成途径中表达的结构基因,共获得了4个Nt CHS、2个Nt CHI、3个Nt F3H、3个Nt UFGT、1个Nt F3’H、1个Nt DFR和1个Nt LAR;同时还获得了与类黄酮代谢相关的调控因子MYB,b HLH和WD40等基因。但没有发现花青素合成途径的ANS基因以及原花青素合成分支途径的ANR基因。通过q PCR研究获得的16个结构基因在中国水仙全开、半开和花蕾期三个时期的花瓣、副冠以及叶片和鳞茎盘中的表达。结果发现,在花瓣和副冠中Nt DFR的表达量低,Nt FLS的表达量很高;鳞茎盘中Nt DFR和Nt LAR的表达量都很高,Nt FLS的表达量低。结构基因的表达水平与这三种器官中类黄酮的主要成分相吻合。通过HPLC进一步分析了鳞茎盘中原花青素单体的成分,发现主要是儿茶素单体(catechin),说明中国水仙鳞茎盘中经过Nt DFR作用生成无色花青素(leucoanthocyandin)后,直接在Nt LAR的作用下合成原花青素,没有经过ANS和ANR的作用步骤,与转录组测序中没有发现ANS和ANR基因表达相一致。因此我们推测,中国水仙花瓣和副冠中也缺少ANS基因的表达,没有ANS基因的表达可能是中国水仙不能合成花青素的主要原因,有待进一步验证。

大豆种子颜色遗传调控机制研究进展

大豆种子颜色是重要的形态标记和进化性状,在驯化过程中种皮从黑色逐渐演变成黄、绿、褐及双色,子叶从绿色进化出黄色。深色种子中含有较多的天然色素——花色素,具有药用和营养价值。因此,种子颜色的遗传调控机制研究对进化理论和实际应用均具有重要意义。种子中色素含量及组分构成导致多样的种皮颜色,其分子调控机制复杂。本文主要阐述了控制大豆种子颜色的遗传位点、相关基因与调控机制、类黄酮生物合成途径三方面的研究进展。具体介绍了9个经典遗传位点I、R、T、O、W1、K1、G、D1、D2和相关分子标记,以及位点间的相互作用;23个调控种子颜色的相关基因,与部分基因等位变异的调控机制;相关基因参与的类黄酮生物合成途径和主要代谢产物的生理功能。通过综述归纳了大豆种皮、种脐、子叶颜色的遗传调控研究进展,利用遗传位点、基因、等位基因调控机制及类黄酮代谢途径绘制出调控网路,以期为种子外观品质及花色苷组分遗传改良等研究提供参考。

不同颜色大豆种皮成分及抗氧化性分析

为分析不同种皮颜色大豆种皮花色苷、总酚、总黄酮含量及抗氧化性差异,探讨类黄酮相关基因表达量与种皮颜色的关系,促进高抗氧化性的大豆种质的培育和筛选鉴定,以重组自交系(RIL)群体(♀中豆41×♂柘城小红豆)中4种纯合种皮颜色大豆及其亲本为试验材料,利用高效液相色谱法测定花色苷种类,利用分光光度计测定总酚和总黄酮含量,测定铁离子还原能力(FRAP)、DPPH·清除能力和ABTS^(+)·清除能力,评价体外抗氧化能力差异,对比大豆种子着色前后转录组,分析类黄酮途径相关基因的表达量变化,并探讨不同颜色种皮黄酮类物质含量与抗氧化能力及基因表达的关系。结果表明:黑色大豆种皮中花色苷含量最多且种类最丰富,种皮颜色主要与天竺葵素-3-葡萄糖苷含量有关,矢车菊-3-葡萄糖苷和矢车菊-3-半乳糖苷含量与黑色和紫红色素沉积有关。黑色大豆的总酚、总黄酮、总花青素、铁离子还原能力(FRAP)、DPPH·清除能力和ABTS^(+)·清除能力均最高,且均表现为黑色>紫红色>褐色>黄色,仅DPPH·清除能力在其他种皮颜色中差异不显著,说明黑色大豆种质在花色苷和抗氧化性方面更为优良,具有保健产品开发价值。总酚、总黄酮、总花青素含量与FRAP、DPPH·和ABTS^(+)·清除能力呈极显著正相关。CHS基因的表达与酚类物质含量和抗氧化能力呈极显著正相关。黑色种皮着色前后主要CHS基因表达显著升高,褐色种皮着色前后MYB转录因子表达显著升高,F3′5′H基因和F3′H基因的表达显著下降。不同种皮颜色着色沉积时类黄酮途径CHS基因的表达可以用来衡量大豆种皮的抗氧化能力。

天然彩棉纤维色素形成分子机制研究进展

天然彩棉是纤维含有天然色素类物质的特殊类型棉花。目前公认的商用天然彩棉主要是棕色和绿色两大类,颜色比较单一。为了丰富天然彩棉的品种和满足人们对色彩的需求,研究者们对彩色棉纤维色素的成分以及形成机理进行了多方面研究。该文以天然彩色棉纤维为论述对象,详细介绍了彩色棉纤维的发育、色素沉积和色素成分。通过对色素成分的研究,发现彩棉纤维色素与植物中重要的次生代谢途径——类黄酮生物合成途径相关。因此,对该途径中的结构基因和调节因子综合已有研究结果展开论述,这为利用基因工程技术改良和培育彩色棉新品种提供全面的理论基础,具有很好的参考价值。

油松抗性相关激素与代谢物对油松毛虫取食与剪叶刺激的响应

【目的】通过对油松毛虫(Dendrolimus tabulaeformis)取食刺激后的油松(Pinus tabuliformis)针叶进行分析,明确针叶树响应昆虫取食后树体内化合物的代谢途径变化,为油松的生长与保护提供参考。【方法】在河北省承德市平泉市黄土梁子林场选取生长状况良好的油松纯林,对距地面高度一致的4个方向针叶进行10头油松毛虫取食(feeding stimulation,FS)与剪叶刺激(leaf clipping control,LCC)处理,摘取取食点或剪叶点下方3 cm的油松针叶,对照组不做任何处理(记为处理0 h,CK),取完整松针,对不同处理后0、2与8 h的松针进行代谢组分析和总类黄酮的验证,对0、0.5、1.0、1.5、2.0、4.0、6.0和8.0 h的松针进行茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、生长素(IAA)与脱落酸(ABA)相关植物激素含量的测定。【结果】通过代谢组学分析,FS处理后2.0 h与LCC处理后2.0 h的差异积累代谢物(different accumulated metabolites,DAMs)主要注释和富集的前3条通路为类黄酮生物合成、氨基酸合成代谢、精氨酸和脯氨酸代谢;FS处理后8.0 h与LCC处理后8.0 h的DAMs主要注释和富集的前3条通路为类黄酮生物合成、亚油酸生物合成、黄酮和黄酮醇的生物合成。因此,与LCC处理相比,FS处理可以显著诱导油松针叶取食点处类黄酮类物质的表达上调。植物激素JA、IAA表现出与代谢组中相应物质一致的表达趋势。相关性分析显示,JA与SA、JA与IAA、IAA与ABA之间呈显著正相关关系(P<0.05),SA与IAA和ABA之间呈负相关关系。【结论】类黄酮途径是参与油松抗性形成的主要代谢途径之一,单纯的机械损伤不会引起JA、IAA与ABA的显著差异,且JA、IAA、ABA参与油松抗性形成与生长发育过程。

茶花红叶芽变品种‘金华美女’叶色突变相关主要化学成分含量变化

‘金华美女’是从‘贝拉大玫瑰’中选育出的茶花芽变品种,其主要特点是叶色呈现暗红色。分别测定了上述两个品种在4个不同发育阶段叶片叶绿素、类胡萝卜素、总花青苷、矢车菊素葡萄糖苷、总多酚、儿茶素和表儿茶素含量。结果表明:(1)在相同阶段,两个品种间叶绿素a和叶绿素b差异均不显著。认为红叶品种的叶绿素合成途径也正常,排除因叶绿素变异引起的叶色变异;(2)红叶品种‘金华美女’叶片中的类胡萝素含量显著低于绿叶品种‘贝拉大玫瑰’,可见其积累对‘金华美女’的叶色无影响;(3)在4个时期中,‘金华美女’叶片总多酚、儿茶素和表儿茶素的平均含量仅占‘贝拉大玫瑰’叶片中的相应含量的33.1%、42%和15%,可见变色品种叶片的多酚合成途径可能受到一定程度的阻碍。(4)‘金华美女’叶片中总花青苷平均含量达3.06 mg·g^(-1),是‘贝拉大玫瑰’的7倍。由此可见,叶片花青苷合成途径中红色类组分的积累和多酚合成途径中无色类组分的合成受阻,是引起‘金华美女’叶色变红的主要成因。

钝裂银莲花花色素合成相关基因qRT-PCR内参基因的筛选

为了筛选适合于钝裂银莲花类黄酮/花青素合成途径中相关基因qRT-PCR表达分析时的内参基因,根据钝裂银莲花蓝/白不同花色花器官组织的转录组测序结果,选取了多聚泛素酶基因(polyubiquitin,UBQ)、微管蛋白基因(β-tubulin,β-TUB)、水通道蛋白基因(aquaporin,AQP)、肌动蛋白基因(actin,ACT)、甘油醛-3-磷酸-脱氢酶基因(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)、组蛋白基因(histone,HIS)、转录延伸因子基因(elongation factor 1-β,EF-1β)和60S核糖体蛋白基因(60S ribosomal protein L13-1,RPL13)等8个常用内参基因作为候选基因,以钝裂银莲花的叶片、茎杆和蓝/白色花器官等不同组织为试验材料,通过qRT-PCR检测这8个候选内参基因的表达情况,利用geNorm、NormFinder和BestKeeper等软件对其稳定性进行分析评价。结果表明:8个候选内参基因中,UBQ表现最稳定,而β-TUB相对稳定性最差。以最稳定的UBQ为内参对钝裂银莲花类黄酮/花青素合成途径中16个相关基因表达情况进行qRT-PCR分析,结果与前期转录组测序结果一致。UBQ为钝裂银莲花花色素合成途径相关基因表达分析的最适内参基因。