光信号正调控基因FvHY5在蓝光诱导草莓鞣花酸合成过程中的功能解析

Ellagic acid (EA) is one of the plant phenolics widely found in berries and nuts. It plays roles in anti-cancer and anti-oxidation and has been widely used in food, medicine and other fields. Strawberries are rich in ellagic acid. Applicants found that the content of ellagic acid in strawberry under blue light treatment was higher than that under red light treatment. Further studies showed that blue light could induce the expression of FvHY5, while red light could not induce the expression of FvHY5. And it was reported that FvHY5 has a role in regulating the metabolism of plant polyphenols. Therefore, we assume that FvHY5 may play an important role in the process of blue light-induced synthesis of ellagic acid in strawberry. In order to elucidate the function and mechanism of FvHY5 in regulating the metabolism of ellagic acid in strawberry, this project will construct FvHY5 gene knockout and overexpression transgenic plants. Further, we will use molecular biology, metabonomics and transcriptomics methods to analyse the changing of the synthesis and gene expression of ellagic acid metabolism related substances in these materials. To further elucidate the function of FvHY5, we will use ChIP-Seq method to analyse downstream genes regulated by FvHY5. This project will reveal the function and mechanism of blue light in regulating the metabolism of ellagic acid in strawberry.

鞣花酸是广泛存在于浆果和坚果中的多酚类物质，具有抗癌和抗氧化的功能，在食品、医药等领域得到了广泛的应用。草莓富含鞣花酸，申请者发现在蓝光处理下草莓中鞣花酸的含量比红光处理的高，进一步研究发现蓝光处理可以诱导光信号正调控基因FvHY5的高表达，而红光处理不能诱导FvHY5的高表达。同时文献报道HY5可以调控植物中多酚类物质的代谢。因此，推测FvHY5在蓝光诱导草莓鞣花酸合成过程中发挥重要作用。为阐明FvHY5在蓝光诱导草莓鞣花酸合成过程中的功能和作用机理，本项目将构建FvHY5基因敲除及过量表达的转基因草莓，利用分子生物学、代谢组学及转录组学的方法，分析野生型和转基因草莓的叶片和果实在蓝光处理下鞣花酸代谢相关物质的合成及基因表达的变化；利用ChIP-Seq的方法分析FvHY5调控的下游基因，进一步解析FvHY5在蓝光诱导鞣花酸合成过程中的机理。研究结果将揭示蓝光调控草莓鞣花酸代谢的机理。

草莓富含维生素、鞣花酸和各种微量营养素，为人类提供了丰富的营养。生产营养价值较高的草莓，对于满足人们对优质水果的需求，提高草莓种植的经济效益具有重要作用。发光二极管（LED）是一种具有波长特异性、光强可调、低热能输出和能量转换效率高等优点的人工光源。由于这些优点，LED技术已用于园艺照明和食品保鲜。不同光强和光质的LED对水果、蔬菜和药用植物中的酚类（多酚）、类黄酮、酚酸、类胡萝卜素和硫代葡萄糖苷的代谢有重要影响。先前的研究表明，蓝光和红光会影响花青素等黄酮类物质的代谢，但对草莓中其他活性物质的代谢影响知之甚少。在草莓生长过程中，经常缺乏光照，这对草莓的品质有很大影响。因此，在草莓生产过程中，需要使用辅助人工光照。蓝光和红光在植物生长和新陈代谢中起着重要作用。在本研究中，我们利用代谢组学、转录组学及遗传学等分子生物学手段研究了不同光质对草莓代谢的影响。我们发现蓝光可以促进草莓中绿原酸和叶黄素的代谢及相关合成基因的表达。本研究为光调节草莓中重要物质的代谢提供了一个新的思路，并为LED光在草莓生产中的科学应用提供了技术支持。同时，本研究也创制了草莓中光信号通路关键因子（HY5）的稳定转基因材料，为今后进一步研究HY5在介导蓝光调控草莓次生代谢方面的机制，提供了较好的研究材料。