UV-A、蓝光+UV-B诱导芜菁花青素合成不敏感型突变体的遗传分析

Light is one of the most important environmental factors regulating anthocyanin biosynthesis in plants. In our previous study, we found that light-dependent anthocyanin accumulation observed in purple top turnip 'Tsuda' was induced either by UV-A or blue+UV-B. To understand the genetic control of this response, we constructed mutants of 'Tsuda' turnip and screened for the mutants defective in light-dependent anthocyanin biosynthesis. In this project, we attempt to identify the mutated genes of these mutants and analyze the function of these genes. The expression patterns of the structural genes and regulatory genes, as well as functional recovery analysis of the mutation will be conducted to explore their functions. Through these mutant analysis, identification and understanding of UV photoreceptors and the factors involved in the subsequent signal transduction pathway are expected. Furthermore, regulation of light-dependent anthocyanin production by UV-A or blue +UV-B and their features will be revealed. This research would provide fundamental knowledge for the mechanism and the basis for artificial regulation of light-dependent anthocyanin synthesis.

光是参与植物花青素合成的重要环境因子。在前期的研究中发现光敏感型津田芜菁花青素的合成受UV-A、蓝光+UV-B的诱导，且获得了花青素合成不受UV-A、蓝光+UV-B诱导的光不敏感型芜菁系列突变体。本研究以目标突变体为试材，通过对突变基因位点的鉴定、突变体中花青素合成相关的功能基因及调控基因的表达特性分析及突变基因的功能恢复等，进一步研究突变体类型及突变基因的功能。通过对这些突变体的遗传分析来了解UV-A、蓝光+UV-B诱导花青素合成相关的光受体及光信号转导机制，明确UV-A、蓝光+UV-B诱导的光信号传导途径的主要因子及其主要特性，为光诱导花青素合成理论及人为调节花青素合成提供科学依据。

紫外线诱导植物花青素合成是植物抵御紫外胁迫的一种自我保护方式，目前已知植物体内的紫外光信号转导途径种只有吸收UV-B的uvr8受体被鉴定，而相关信号转导因子很少被挖掘。本项目前期研究过程中发现津田芜菁肉质根表皮的花青素受UV-A及蓝光+UV-B复合光特异诱导，为解析该途径的相关因子我们利用T-DNA插入及EMS化学诱变的方式获得了花青素合成光不敏感型的突变体库。本项目在此基础上对突变体库进行筛选后多代自交纯化，共获得表型稳定的突变体17个株系，其中，EMS诱变津田芜菁光不敏感型突变体9个株系（无光诱导下花青素合成极高或光诱导不合成花青素），包括全红色突变体4个株系、全白色突变体5个株系；稳定的T-DNA插入突变体8个株系，包括全红色2个、全白色6个。利用实时荧光定量PCR的方法对表型稳定的突变体中花青素合成相关基因的表达情况进行分析，根据不同的基因表达方式对突变体进行分类。将性状明显且稳定的突变体与野生型津田芜菁杂交后获得BC1F2代，通过表型调查研究确定其中有9个突变体株系的目标性状符合孟德尔遗传规律，由隐性单基因控制。利用第二代高通量测序结合mutmap技术对突变基因进行图位克隆粗定位，随后利用HRM技术对目标基因进行精细定位将候选基因的数目缩小到20-60个左右。通过Tilling技术确认筛选得到的一株全红色突变体R30确认为BrMYB4蛋白C末端缺失的突变体。针对全红色R30突变体利用实时荧光定量PCR、凝胶阻滞分析、酵母双杂交及亚细胞定位分析等手段对突变基因的功能进行分析，确认BrMYB4通过负调控BrC4H基因的表达来参与紫外光诱导芜菁花青素合成。该项目为分析UV-A、蓝光+UV-B 诱导花青素合成相关的光信号转导机制奠定了基础，为光诱导花青素合成理论及人为调节花青素合成提供科学依据。.