MYB1启动子甲基化调控光胁迫诱导苹果果实着色的机制研究

Apple skin color is determined by the genotype of the cultivar, which are the inherent characteristics of species. However, the peel turns red due to anthocyanin accumulation after the removal of a bagging treatment in the Loess Plateau region. In this proposal, Golden Delicious , Granny Smith and Nongguan will be used as materials to carry out the projects as follows. The methylated region in the MYB1 promoter will be determined firstly. The biological function of this region will be surveyed through transformation of the constructs with the fragment-deleted promoter. The relationship among the photo-stress，MYB1 promoter methylation，the expression of MYB1 gene and the synthesis of anthocyanins is investigated. The regulatory function of the MYB1 promoter methylation is analyzed. The effect of the de-methylation on the synthesis of anthocyanins is ivestigated by application of 5-AZA-dC, a kind of inhibitor of methyl transferase. The correlation between the DNA methylation of MYB1 promoter and the variation of apple skin color will test. The mechanism of the anthocyanin synthesis in the peel of non-red apple cultivar regulated by photo-stress will be investigated from DNA methylation, providing a base for improving the behavior of coloration by means of breeding and cultivation.

苹果果实的色泽表型是由品种的基因型决定的，是品种固有的特性。然而，前期研究发现在渭北黄土高原地区的非红色苹果品种在套袋处理后呈红色。本项目在前期研究的基础上，以金冠、澳洲青苹和浓冠为材料，首先分析MYB1启动子甲基化修饰区域，通过构建启动子缺失载体并转化番茄分析甲基化区域的生物学功能；其次分析光胁迫程度、MYB1基因启动子甲基化、MYB1基因表达和花青苷合成相互之间的调控关系，鉴定MYB1启动子甲基化在调控光胁迫诱导的果实着色中的关键作用；并利用甲基转移酶抑制剂5-杂氮-脱氧胞苷处理果实，进一步验证去甲基化作用对花青苷合成的调控作用；通过分析不同色泽类型苹果品种和杂交群体中MYB1启动子的甲基化水平，鉴定MYB1启动子甲基化与苹果果实色泽遗传变异的关系。以期从表观遗传学水平解析光胁迫如何调控苹果果实中花青苷合成基因的表达，为通过育种或栽培的手段提高苹果果实的色泽品质提供指导。

果实色泽是苹果重要的外观质量指标。一般认为是由品种的内在遗传因素决定的。然而，前期研究发现在渭北黄土高原地区的非红色苹果品种在套袋处理后呈红色。本项目在前期研究的基础上，以不同色泽类型代表性品种‘澳洲青苹’、‘金冠’和 ‘新红星’为材料，从表观遗传学水平研究苹果果皮着色关键基因MdMYB1启动子甲基化修饰在非红色苹果品种着色中的调控机理。主要研究结果如下：.1. 确定了苹果果实的生理着色期。发现果实着色受内在的生理和遗传因素调节，果实着色时间与套袋处理时间的长短和解袋时间无关。.2.分析花青苷合成相关基因在果实着色过程中的表达情况，鉴定了苹果果皮花青苷合成相关基因家族的关键成员，MdMYB1b、MdbHLH3-1、MdbHLH33-1和MdUFGT4。.3.套袋处理导致果皮细胞中超氧阴离子和过氧化氢含量降低，解袋后活性氧含量显著升高，说明细胞内氧化胁迫与果皮着色的关系。.4.果实着色过程中MYB1启动子甲基化水平的动态变化研究表明，‘澳洲青苹’在解袋处理后果皮中的MdMYB1启动子的5个区域的甲基化水平显著低于对照果实。 而‘金冠’解袋后与对照相比无显著性差异。说明这5个区域在调控‘澳洲青苹’果实解袋后着色过程中起关键作用。.5. 用去甲基化试剂5-aza-dC对‘澳洲青苹’、‘金冠’和‘新红星’的果实进行处理。发现去甲基化处理可以诱导‘澳洲青苹’果皮细胞发生DNA去甲基化，从而花青甘合成相关的调节基因和结构基因表达量增加，进而调控花青苷的合成。.6.对启动子不同区域进行缺失处理，结果表明区段A和区段B与果皮着色密切相关，能够影响着果皮中的花青苷合成。.7.分析了‘澳洲青苹’解袋后果皮miRNA差异表达情况，结果表明共有126个苹果果皮差异表达miRNA，其中包括87个已知miRNA和39个新miRNA。.这些研究为我们深入了解环境因素对苹果果实着色的调控机理提供了理论基础。