ABA对葡萄花色苷合成相关基因表达的影响.docx
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ABA对葡萄花色苷合成相关基因表达的影响
ABA对葡萄花色苷合成相关基因表达的影响
摘要:
以京优葡萄为试材,研究果实成熟过程中果皮花色苷含量及其生物合成相关酶基因和转录因子转录水平的变化,同时研究不同浓度ABA处理对花色苷含量和相关基因转录水平的影响。
结果表明,葡萄果实发育进入着色期,CHSs、CHIs基因家族中的CHS3、CHI2和UFGT、MybA1、MybA1-2随花色苷合成而大量表达,其转录水平与花色苷合成紧密相关;ABA处理增加果皮花色苷含量的同时能够提高花色苷合成相关基因的转录水平,并使其表达时期前移,ABA对CHS3和UFGT表达的促进作用最为明显。
相关性分析表明,花色苷含量与一些花色苷合成相关的结构基因(CHS3、CHI2、F3H2和UFGT),转录因子(MybA1)的转录水平呈显著或极显著正相关,与CHS1、CHS2、CHI1、F3H1、DFR、F3'H、LDOX和OMT的转录水平相关性均不显著。
关键词:
葡萄;ABA;花色苷;基因表达
中图分类号:
S663.1文献标志码:
A文章编号:
1009-9980?
穴2012?
雪01-0029-07
EffectsofABAonexpressionofgenesrelatedtoanthocyaninbiosynthesisingrapevine
YUMiao1,3,LIUHai-feng4,WANGJun1,2*
(1CollegeofForestry,NortheastForestryUniversity,Harbin,Heilongjiang150040China;2CenterforViticultureandEnology,CollegeofFoodScienceandNutritionalEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083China;3TestingandanalysisCenterforAgriculturalProduct,HeilongjiangAcademyofLandReclamationSciences,Jiamusi,Heilongjiang154007China;4AgriculturalcollegeofYanbianUniversity,Yanji,Jilin133000China)
Abstract:
TheJingyougrapecultivarswasusedtostudychangesofanthocyanincontents,thetranscriptionofanthocyaninbiosynthesisenzymegenesandtranscriptionfactorsduringthefruitcoloringperiodaswellastheinfluencebyABAtreatmentsofdifferentconcentrations.TheresultsshowedthatthetranscriptionofCHS3,CHI2,UFGT,MybA1andMybA2geneswascloselyrelatedtotheanthocyaninsynthesisduringthefruitcoloringperiodandtheirexpressionincreasedasanthocyaninsynthesis.AnthocyanincontentsincreasedbytheABAtreatment.Meanwhile,thetranscriptionlevelsandexpressiontimeofanthocyaninbiosynthesisrelevantgeneswerealsoimproved.TheexpressionofCHS3andUFGTwassignificantlyimprovedbyABA.Correlationanalysisshowedthatanthocyanincontentswassignificantlypositivelycorrelatedwiththeexpressionofsomestructuralgenes(CHS3,CHI2,F3H2andUFGT)andtranscriptionfactors(MybA1),whiletherewasnosignificantcorrelationbetweenanthocyanincontentsandtheexpressionofCHS1,CHS2,CHI1,F3H1,DFR,F3'H,LDOXandOMT.
Keywords:
Vitisssp.;ABA;Anthocyanin;Geneexpression
葡萄果皮的着色程度是影响葡萄营养价值、食用质量和加工性质的重要因素[1]。
果皮着色是花色苷合成和叶绿素降解综合作用的结果。
花色苷合成的种类、数量和时间决定了葡萄果实着色的程度和时期[2]。
目前对花色苷合成和调控过程已经有深入的研究[3],如图1所示,葡萄的的花色苷生物合成途径已较为清楚[3-5],这个过程主要是苯丙氨酸生成4-香豆酸CoA,4-香豆酸CoA再和另一前体丙二酰CoA在花色苷合成相关酶的作用下通过类黄酮途径最后生成稳定的花色苷[6]。
其中一些花色苷合成的相关基因已被克隆,如CHS[4],F3H[5],UFGT[6-7]等,为从分子生物学水平研究花色苷合成提供了条件。
葡萄果实花色苷的合成受一些环境和理化因素影响,例如:
温度、光照和植物生长调剂(ABA、乙烯利等)。
其中ABA作为一种重要的成熟激素,在跃变型和非跃变型果实的成熟过程中都起着重要的作用。
利用ABA处理可以促进果实花色苷的合成已经在葡萄[8]和甜樱桃[9]等主要果实中得到证实。
但是研究ABA处理是如何调控葡萄果实花色苷生物合成途径主要基因转录水平的研究甚少。
我们以京优为试材,利用荧光定量PCR技术检测葡萄果实着色过程中花色苷生物合成相关基因转录水平的变化规律和外源ABA对花色苷生物合成相关基因转录水平的影响,分析花色苷合成过程中花色苷合成与相关基因转录水平之间的关系。
1材料和方法
1.1材料与处理方法
京优葡萄采自东北林业大学林木遗传育种实验基地,砧木为贝达,5a生植株。
在植株坐果后人工疏花疏果,每结果枝留1~2穗,并按照葡萄园常规栽培管理措施进行管理。
试材于2009年6月12日开花,在2009年8月25日(着色期前)选择树势中庸,长势一致的葡萄植株,用脱落酸(Abscisicacid)均匀喷淋果穗,设3个浓度,分别为A1:
300mg?
L-1;A2:
600mg?
L-1;A3:
900mg?
L-1。
同时用等体积的清水处理一组葡萄作为对照(CK),每个浓度处理3株。
处理后每周取样1次,取样时用干净纸巾拭去葡萄表面尘土后立即放入冰盒,带回实验室,-80℃保存备用。
转录因子控制花色苷生物合成过程中相关结构基因的时空表达,影响花色苷生物合成的强度和模式[18]。
Kobayashi等[19]研究认为MybAs与其等位基因MybA1是葡萄花色苷合成的主要调节基因,MybAs通过控制UFGT的表达来调控葡萄花色苷的生物合成。
Walker等[20]研究也发现MybA1、MybA2主要通过调节花色苷合成关键基因UFGT的表达,控制花色苷的合成,在葡萄果实着色过程中起到重要作用。
但是Czemmel等[21]研究发现MybA1不仅控制UFGT的表达,而且控制LODX和ANR等花色苷合成相关基因的表达,本研究中京优葡萄中含有2个MybA1,分别是MybA1和MybA1-2,果实着色期MybA1和MybA1-2皆随花色苷的合成上调表达,ABA促进花色苷合成的同时也提高MybA1和MybA1-2的转录水平。
MybA1的转录水平与花色苷合成呈显著正相关,表达特征与UFGT的相一致,与Walker等[20]的研究结果相同,说明MybA1是通过调控UFGT的表达控制花色苷的合成。
MybA1-2转录水平的变化与花色苷合成的变化趋势相类似,但与UFGT的转录水平相关性不显著,而与CHS、F3H等花色苷生物合成主要基因的表达特征相似,这与Czemmel等[21]的研究结果相同,说明MybA1-2可能既调控UFGT的表达,又调控其他花色苷合成相关基因的表达。
京优葡萄中CHS、CHI和F3H是多基因家族,本研究中通过荧光定量PCR技术检测显示CHSs、CHIs和F3Hs中的各个基因在着色过程中mRNA转录水平差异很大。
CHSs中CHS3、CHIs中CHI2和F3Hs中F3H2的转录水平和花色苷合成呈显著正相关,ABA处理对其转录促进明显,而对3个基因家族中的其他基因的转录促进不明显,这与前人的研究符合。
GOTO-YAMAMOTO等[4]研究发现CHS3的mRNA主要在红色品种着色期间的果皮中积累,而CHS1和CHS2的mRNA同时在白色品种果皮、幼叶和红色品种的果皮中都有积累,与花色苷合成没有显著相关性。
Jeong等[22]研究认为CHSs家族中CHS1主要参与黄酮醇合成途径,CHS3参与花色苷生物合成途径,而CHS2同时参与2个生物合成途径,就正好解释本研究中CHS2随花色苷合成大量表达,但是与花色苷合成相关性不显著的现象。
有报道指出,CHI活性的上升与花色苷的合成一致[4],也有报道指出,花色苷的合成机制比较复杂,花色苷只是CHIs的终产物之一,CHI活性的上升与花色苷合成不一致[17]。
Ageorges等[23]研究发现葡萄转色后果皮中可以检测到2个F3H,其中F3H2的转录水平大于F3H1,而F3H1在果肉等其他组织中转录水平较高,认为F3H1和果皮的花色苷合成没有紧密关系,而和果实其他部位花色苷的合成有关。
Jeong等[22]研究发现F3H2的表达与花色苷合成显著相关,而F3H1的表达与黄酮醇合成显著相关。
因此可以推测CHSs中CHS3、CHIs中CHI2和F3Hs中F3H2是花色苷合成的关键酶基因,在花色苷合成中起到重要作用,ABA促进它们的转录能显著提高花色苷的合成量。
(本文图版见插1)
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