神农香菊DiaMYB1s基因对萜类芳香物质合成调控机制解析

Chrysanthemum with brightly colored flowers and varied flower types are not fragrant or with a slightly scent, thus the improvement of Chrysanthemum’s aroma is an important topic in chrysanthemum’s breeding. The flavor matter in plants usually consists of several chemical components, whose pathway of the biosynthesis is regulated by many enzymes, so it is restricted to only increase numbers of copies of key enzymes’genes. Whereas, alteration in the expression of transcription factor genes normally results in dramatic changes to a plant. The main ingredients of flavor matter in Dendranthema indicum var. aromaticum are monoterpenes and derivatives, thus we plan to screen and identify differential MYB gene which is associated with the main aroma components terpenoids secondary metabolites. Then to identify Upstream gene and Interacting factor ,from different levels of transcription and posttranscription, and discuss the mechanism of Transcription Regulation during signal transduction pathway. The aim of this project is to establish the effective gene pool, which make it possible to breed new fragrant chrysanthemum.

菊花是中国传统名花，在世界各国广泛栽培应用。菊花花色艳丽，花型多样，但多无香味或具微香，因此改良菊花的香味性状是菊花育种的一个重要课题。植物的致香物质通常是由多种化合物组成的，合成途径受多种酶的调节与控制，只增加一个关键酶基因在细胞内的拷贝数来提高目的产物的产量是有限的，而改变转录因子的表达往往可导致植物中该转录因子所控制性状的较大改变，因此本项目拟对菊属中唯一的中国特有芳香植物神农香菊中与芳香相关的转录因子基因进行研究。而神农香菊的芳香物质主要成分都是单萜及衍生物，因此本研究拟从神农香菊中筛选参与调控植物萜类次生代谢关键酶的相关MYB基因家族成员，鉴定其上游基因和互作因子，从转录和转录后层面，探讨MYBs基因在神农香菊芳香物质合成信号转导途径中转录调控机理，进而为培育芳香型的菊花新品种提供有效的基因储备，使培育芳香的菊花新材料成为可能。

不同浓度和不同处理时间的茉莉酸甲酯喷洒神农香菊，对其叶片表皮毛密度及其分泌物的变化进行测定。我们发现茉莉酸甲酯能够诱导神农香菊叶片表皮毛及其分泌物，并在浓度为0.25%和处理时间为24h时的诱导效果最佳。我们对此处理条件下的神农香菊进行转录组测序分析，从分子水平揭示神农香菊的萜类物质合成途径，并筛选出神农香菊萜类物质代谢途径上差异表达的MYBs基因。基于转录组测序序列，克隆了神农香菊DiaMYB44、DiaMYB4和 DiaMYB61三个基因的全长CDNA。对所克隆的基因进行了生物信息学分析和比较基因组学分析，通过qRT-PCR 检测了器官特异性，还检测了它们受茉莉酸的诱导特征。针对缺乏功能报道的DiaMYB44、DiaMYB4 和 DiaMYB61进行了超表达转基因烟草及菊花的研究。超表达DiaMYB44后叶片黄化，且叶面积显著下降，茎发生了横向弯曲，且萌蘖出侧芽。转基因烟草的腺毛数量增加，叶片表面分泌物的含量发生很大的变化。超表达DiaMYB61后烟草茎变硬，木质素增加，芳香物质成分增加。推测DiaMYB44和 DiaMYB61参与木质素合成调控，但成相反作用，而且DiaMYB44还是萜类芳香物质合成的负调控因子。对DiaMYB44和 DiaMYB61进行了超表达转基因菊花的研究，已经获得超表达的菊花幼苗，经初步分析转DiaMYB61的菊花的叶片具有浓郁的香气。