酪胺促进三色堇花斑形成的分子机理解析

Floral blotch significantly affect the ornamental value of flowers, which also can be used as a breakthrough point for the research of precision regulation mechanism about flower color. We found that tyramine was important to the blotch formation by promoting the synthesis differentiation of anthocyanins for the different concentration in different areas of pansy （Viola × wittrockiana） petals. In this project we will use transcriptome and proteomics techniques to compare the non-blotched areas of pansy petals treated with tyramine , tyramine and sucrose, as well as water as control , to excavate the anthocyanin synthase genes , the regulatory genes, and the other possible key genes responsing to these treatments. The possible pathways and mechanisms of tyramine affecting the expression of pansy anthocyanin synthase genes will be analyzed by differential gene enrichment, differential gene protein interaction analysis, transcriptome and proteome association analysis.And then the key genes will be cloned，analyzed and verfied by overexpression in the model plants or transient expression in pansy petals. Based on these comprehensive analysis, the biochemical and molecular models of tyramine to promote the formation of pansy flower blotch will be finally established .The result can answer how tyramine to promote formation of pansy floral blotch, and provide a new insight and proof into the precision regulation mechanism in the field of the flower color research. The result will also be helpful for the ornamentals breeding with new color cultivars.

花斑显著影响植物的观赏价值，同时也是研究植物花色精细调控机制的理想切入点。本课题组首次发现酪胺可能通过在三色堇花瓣不同区域的浓度差促进花色素的差异化合成，对色斑的形成起到促进作用。本项目拟利用转录组技术及蛋白质组技术，对比分析使用酪胺、酪胺+蔗糖处理与清水处理的三色堇花瓣非色斑区，挖掘对处理响应的花色苷合成酶基因及其调控基因，以及其他可能的关键基因；利用差异基因的富集、差异基因蛋白互作网络分析、转录组与蛋白质组关联分析等方法，解析酪胺影响三色堇花色素苷合成酶表达的可能路径与机制，并对其中的关键性基因进行克隆和分析,再转入模式植物过表达、或转入三色堇花瓣瞬时表达等进行验证。在综合分析的基础上，最终建立酪胺促进三色堇花斑形成的生化和分子模型。研究结果可以解析酪胺如何促进植物花色的合成及如何影响三色堇花斑的形成，为植物花色的精细调控提供新的思路与证据，进而为观赏植物的花色育种提供新的途径。

花斑显著影响植物的观赏价值，同时也是研究植物花色精细调控机制的理想切入点。本课题组首次发现酪胺可能通过在三色堇花瓣不同区域的浓度差促进花色素的差异化合成，对色斑的形成起到促进作用。本研究以三色堇‘梦蝶’为实验材料，运用转录组学的方法，以清水为对照，采用酪胺和酪胺的前体物质酪氨酸处理三色堇非色斑区，并进行转录组测序和代谢组检测，挖掘三色堇中酪胺和酪氨酸与花青素合成相关可能存在的途径及代谢成份，并进行关键基因的验证实验，为今后三色堇的花色育种以及遗传信息的改良提供新的思路。实验结果表明病毒诱导的基因沉默对三色堇酪氨酸脱羧酶（ VwTYDC ）的表达阻断可以加深三色堇花瓣的花色。外源处理在三色堇花瓣的非色斑区域诱导出黑色条带，花青素的代谢组分析表明两种花青素（花青素-3-O-葡萄糖苷和花青素-3-O-芸香苷），在诱导的色带中显著上调。转录组和 qPCR 分析显示 VwHCT、VwC3'H、VwCHS 和 VwUGT 在诱导区域上调。转录组数据还证明参与脱落酸（ABA）生物合成途径的四个基因，VwNCED、VwABA2、VwAAO3 和 VwCYP707A 在处理区域显着上调，表明处理可能诱导ABA生成并促进花青素形成。我们采用ESI-HPLC-MS/MS法检测处理区的ABA含量，结果表明处理区ABA含量明显高于H2O处理区。为进一步证明ABA可以在三色堇中诱导花青素形成，我们利用外源ABA用于三色堇花瓣的非色斑区域，结果证实ABA与酪氨酸一样可以上调花青素生物合成基因。根据这些转录组和代谢物分析，我们提出了一种新的花青素生物合成对酪胺和酪氨酸反应的调控机制，其中酪胺和酪氨酸诱导ABA合成，进而促进三色堇花瓣中花青素的生物合成，转录因子VwMYB12 和VwHY5可能在其中起到了重要的调节作用。本研究揭示了酪胺和酪氨酸处理形成花青素的分子机理，为将来利用酪胺和酪氨酸调控植物的花青素，提供了可能的途径。