儿茶素合成及缩合单宁积累对龙眼果实色泽形成的影响机制

Longan and Litchi are the most important characteristic fruits in south China. They both belong to Sapindaceae，which are very similar in growth and development, flowering and fruiting habits. The mature Litchi fruit has attractive red skin, while Longan is dark yellow peel, and its appearance is much inferior. However, the winter shoot leaves of Longan and Litchi can both turn bright red, indicating that Longan and Litchi both have the ability of producing anthocyanin, so the reason that Longan pericarp fails producing anthocyanin should not be the mutation of related genes. Catechin biosynthesis and tannin condensation was considered as a branch of anthocyanin biosynthetic pathway, the two pathways share most of the precursors, catalytic enzymes and transcription factor families, so there might be certain interaction or mutual influence between the two synthetic pathways, thus affecting the color formation. Considering this special phenotype of Longan fruit, this project intends to take Litchi as a reference, to explore the relationship between catechin，anthocyanin content as well as their types and color formation in the leaves and pericarp of Longan, then find out the key transcription factors specifically regulating catechin synthesis, and further study the effect of the transcription factors on its regulation mechanism of catechin synthesis in Longan fruit color formation. The results can lay a solid foundation for the breeding and genetic improvement of Longan in the future, and provide a new direction for the study of color formation in plants.

龙眼和荔枝是我国南方最重要的特色水果，两者同属无患子科，生长发育、开花结果习性等极为相似，成熟的荔枝果实具有诱人的鲜红果皮，而龙眼则为暗黄果皮，外观大为逊色。然而龙眼荔枝的冬梢幼叶均可呈鲜艳的红色，这表明龙眼荔枝均具有完全的花色素苷合成能力，而龙眼果皮不能合成花色素苷应非基因突变所致。儿茶素合成及单宁缩合被认为是花色素苷生物合成途径的一个分支，两者拥有大部分的共同前体、催化酶以及共同的转录调控因子家族，因此两条合成途径可能存在一定的相互消长或相互影响的关系，从而影响色泽形成。本项目针对龙眼果实这一特殊表型，拟以荔枝为参照，探讨龙眼叶片和果皮中儿茶素和花色素苷种类及含量与色泽形成的关系，筛选出特异调控儿茶素合成的关键转录因子，并进一步研究转录因子对儿茶素合成的调控机制及其对龙眼果实色泽形成的影响。研究结果可为今后龙眼的选育种和遗传改良打下坚实的基础，也为植物色泽形成研究提供新的思路。

龙眼和荔枝是我国南方最重要的特色水果，两者同属无患子科，生长习性极为相似，成熟的荔枝果实具有诱人的鲜红果皮，而龙眼则为暗黄果皮，外观大为逊色。然而龙眼荔枝的冬梢幼叶均可呈鲜艳的红色，这表明龙眼荔枝均具有完全的花色素苷合成能力，而龙眼果皮不能合成花色素苷应非基因突变所致。儿茶素合成及单宁缩合被认为是花色素苷生物合成途径的一个分支，两者拥有大部分的共同前体、催化酶以及共同的转录调控因子家族，因此两条合成途径可能存在一定的相互消长或相互影响的关系，从而影响龙眼果皮色泽形成。本项目针对龙眼果实这一特殊表型，以龙眼叶片和荔枝为参照，同时从生理和分子机理的角度展开了系列研究。研究结果表明龙眼果实发育成熟过程中的色泽形成与其花色素苷不合成、儿茶素类物质的减少及缩合单宁类、木质素类单体等物质增多等过程密切相关，最终的成熟果皮色泽由这些物质的综合作用所呈现。儿茶素类合成途径与花色素苷合成途径存在此消彼长、相互竞争关系，关键结构基因如CHS、CHI、ANS、LAR、ANR等在果实发育过程中的表达水平明显低于叶片中的，bHLH1、bHLH14、ICE1等转录因子与ANS互作明显，可能是关键调控因子，因此龙眼果实色泽的形成可能涉及到类黄酮途径的负调控。此外，可能还存在其它生物合成途径比如木质素/缩合单宁合成途径的正调控，例如木质素途径相关基因COMT1-like、CCR1、CAD1在果皮发育成熟过程中呈现表达上升趋势而且是比在叶片中表达高的，MYB1R1和MYB4-1分别通过结合COMT1和CAD1基因启动子上的结合元件，可能参与调控木质素单体的生物合成；缩合单宁类物质（例如Procyanidin A2、Procyanidin B2、Procyanidin B3等）在龙眼果皮中的含量则普遍高于在叶片中的含量，表明缩合单宁积累可能与龙眼果皮色泽形成正相关。与龙眼各发育时期果皮中的类黄酮途径相比，倾向于合成花色素苷的关键结构基因在荔枝果皮类黄酮途径中都是明显上调表达的，表明两种果实中的类黄酮途径调控模式是截然不同的。以上研究结果为今后龙眼的选育种和遗传改良打下坚实的基础，也为其他植物色泽形成研究提供了新的思路。.