单子叶植物香雪兰花色苷合成相关调节基因功能验证及转录调控机制研究

Anthocyanin synthesis is the most studied secondary metabolic pathway in plants. Althogh most of our knowledge about transcriptional regulation in plants has initially come from studies of the regulation of anthocyanin biosynthesis in the monocot maize. Since then, the regulation of this pathway has been extended to other species, particularly dicots. Furthermore, in a wider context, there is still relatively little known about the roles of the repressors in the regulation of anthocyanin synthesis, in particular with regard to how they network with the activator transcription factors. In our previous study, a transcription regulation model was proposed based on the correlation analysis between expression profiles of anthocyanin biosynthesis related genes and anthocyanin accumulation levels in Freesia hybrida, a kind of monocot. In this study, several approaches will be taken to further verify and dissect the transcription factor network concentrating on the following three aspects: 1) Identification and characterization of the anthocyanin biosynthesis related transcription factors. 2) Elucidation of the interplay between the transcription factors within MYB-bHLH-WD40 complex. 3) Dissection of the transcription model of MYB-bHLH-WD40 complex to control the structural genes responsible for the anthocyanin biosynthesis. The potential results will provide new insights into the molecular mechanism of anthocyanin biosynthesis, particularly for monocots. On the other hand, the regulatory genes acquired in the study will be used for flower color modification directly, which implies their application values in modern agriculture.

花色苷合成相关基因的转录调控是植物次生代谢研究中的热点和核心问题，尽管早期的研究主要来源于玉米，但是单子叶植物花色苷合成相关基因转录调控网络的解析很大程度上落后于双子叶植物，而且目前的转录调控研究以正向的转录激活子为主，只有极少数的转录抑制子被报道，它们的作用机制及与转录激活子的作用关系还需要进一步厘清。本项目拟以单子叶植物香雪兰为材料，在初步推测得到的花色苷合成相关基因转录调控模型的基础上，综合利用分子生物学、遗传学、生物化学和生物信息学技术从三个方面对调控模型进行验证和解析：（1）香雪兰花色苷合成相关转录因子功能验证；（2）MBW复合物转录因子之间蛋白互作和调控网络解析；（3）MBW转录起始复合物对结构基因的调控模式分析。相关研究一方面有利于丰富并补充植物花色苷合成转录调控模型，另一方面，所获得的花色苷合成相关转录因子基因还可以直接用于植物花色苷改良，具有重要的应用价值。

（1）按计划执行情况。.花色苷合成相关基因的转录调控是植物次生代谢研究中的热点和核心问题，尽管早期的研究主要来源于玉米，但是单子叶植物花色苷合成相关基因转录调控网络的解析很大程度上落后于双子叶植物，而且目前的转录调控研究以正向的转录激活子为主，只有极少数的转录抑制子被报道，它们的作用机制及与转录激活子的作用关系还需要进一步厘清。本项目以单子叶植物香雪兰为材料，在初步推测得到的花色苷合成相关基因转录调控模型的基础上，综合利用分子生物学、遗传学、生物化学和生物信息学技术从以下三个方面对调控模型进行了验证和解析：1）香雪兰花色苷合成相关转录因子功能验证；2）MBW复合物转录因子之间蛋白互作和调控网络解析；3）MBW复合物对结构基因的调控模式分析。研究计划顺利进行，并无较大改变。目前课题组发表SCI研究论文6篇，获得国家发明专利3项，部分研究结果处于投稿和整理阶段。综上所述，课题组完成了研究计划，取得了有价值的研究结果。.（2）研究目标完成情况。.项目申请时，拟确立了三个研究目标：（1）通过烟草过量表达和拟南芥过量表达或突变体表型补偿实验，揭示香雪兰 8 条花色苷合成相关转录因子的功能。（2）通过研究转录因子之间互作和相互调控作用，阐释香雪兰花色苷合成相关转录因子的转录调控网络。（3）通过寻找香雪兰中花色苷合成相关转录因子或转录起始复合物的直接靶基因，验证并建立香雪兰花色苷合成相关基因的转录调控模型。目前，三条目标均已完成。