滇水金凤花色变异的机理研究

Flower color not only plays a key role in classification and absorbing pollinators in the plants, but also embodies their ornamental values. Modification of flower color in the plants is one of important breeding objectives for landscape and horticulture researchers, in which understanding the mechanism of flower color and its variation in the plants is prerequisite. The mechanism of flower color variation in Impatiens L. has never been reported so far at home and aboard..In this study, wild plants with red flowers and mutants with white, pink and deep red flowers respectively of Impatiens uliginosa Franch. will be used as experimental materials, in which the internal mechanism of flower color variation will be respectively studied on the basis of anatomy, biochemistry and molecular biology. It’s helpful to understand the characteristics of epidermal cells in their petals and the dynamic changes of their vacuolar pH values, to clarify the species, structures, contents and change laws of chromogenic substances in different types of Impatiens uliginosa Franch., to ascertain the distribution of pigments in their petals, and species and contents of mineral elements, and to screen some important genes related to their flower color variation mainly existed in the biosynthesis pathways of anthocyanins based on transcriptome sequencing and real-time PCR techniques and further explain the molecular mechanism of flower color variation in different types of Impatiens uliginosa Franch. It will provide some basic data and theoretic basis for flower color improvement and new varieties cultivation in Impatiens L.

花色不仅在植物分类、吸引传粉者中发挥着重要作用，而且也是植物观赏价值的重要体现。花色改良一直是园林园艺工作者重要的育种目标之一，而花色形成和变异的机理是植物花色改良的重要前提。迄今，国内外有关凤仙花花色变异机理方面的研究尚未见报道。.本项目拟以野生的红色滇水金凤(野生型)及其突变株系(白色、粉红色和深红色)为材料，分别从形态解剖学、生物化学以及分子生物学不同层面揭示滇水金凤花色变异的内在机理，从而有利于了解不同花色滇水金凤花瓣表皮细胞特性及其细胞液pH值动态变化，明确控制滇水金凤不同花色的显色物质种类、结构、含量及其变化规律，探明花瓣中色素分布范围及矿质元素种类与含量，通过高通量转录组测序以及荧光定量PCR分析，筛选出影响花色变异的关键基因(主要是花青素代谢途径)，进一步阐释影响滇水金凤花色变异的分子机理，以期为凤仙花品种的花色改良和新品种培育提供基础数据和理论依据。

本项目以野生的红色滇水金凤(野生型)及其突变株系(白色、粉红色和深红色)为材料,在对四种不同花色滇水金凤花色表型进行测定的基础上，发现不同花色滇水金凤花瓣pH值均为弱酸性，且与花色深浅呈一定的相关性；同时发现四种不同花色滇水金凤的表皮细胞均为椭圆形，说明四种不同花色滇水金凤花色与其花瓣表皮细胞的形状无关；研究发现四种不同花色滇水金凤花瓣中色素种类及含量存在较大差异，其中花色苷是影响滇水金凤花色的主要呈色色素，且其颜色深浅与含量成正相关；研究发现滇水金凤中含有的56种色素成分，其中有29种色素成分为四种不同花色滇水金凤所共有，其余27种色素成分是只有部分花色滇水金凤中含有。通过主成分分析，发现11个影响滇水金凤花瓣呈色的主要色素成分，如矢车菊素、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素等。研究发现温度、室外自然光光照时间、氧化剂和还原剂四个因素对滇水金凤花色苷稳定性有一定的影响。通过测定了四种不同花色滇水金凤花瓣中Fe、Pb、Ca、Na、 Cu、 Al、Mg、K、Mn和Zn等10个金属元素及其含量，发现4个不同花色滇水金凤花瓣中，其含量存在较大差异；相关性分析发现其与4种不同花色滇水金凤的花色深浅不具有相关性。通过对四种不同花色滇水金凤花瓣进行采样交由华大基因公司进行建库和转录组测序，结合代谢组、转录组数据进行综合分析，筛选了影响其花色的部分转录因子和结构基因；通过 RT-PCR和RACE技术分离克隆了MYB5、MYB1、ANS、CHS、PAL等基因，并对基因结构及时空表达特性进行了分析；项目组在成功建立一套成熟稳定的凤仙花转基因再生体系的基础上，开展了MYB5和F3H基因的遗传转化工作，并获得了部分阳性转基因植株。上述研究分别从形态学、生物化学以及分子生物学不同层面揭示滇水金凤花色变异的内在机理，为后续凤仙花花色改良和新品种培育提供了一定的基础数据和理论依据。