桑椹花色素苷合成中转录因子R2R3 MYB的功能解析

Mulberry fruit (Morus alba L.) has recently involved the materials list as both food and medicaments by the National Ministry of health. Anthocyanin is a water soluble natural pigment, which widely exists in plants. Its important physiological and economic role had been interested by researchers. Thus, mulberry fruit anthocyanin becomes one of the hot research content of mulberry in functional foods. Black mulberry (Jialing 30, Da 10) and white mulberry (Zhenzhubai, Xiaobaier) was served as experiment material. The interaction, expression and transient expression assays of genes, and bioinformatics analysis were acted as research means: Isolation, sequence analysis and phylogenetic relationships of anthocyanin biosynthesis activators R2R3 MYB from different cultivars. Research on the expression pattern of MaMYBs and anthocyanin biosynthesis structural genes from different cultivars and fruit development. Study on the changes of anthocyanin contents from different cultivars and fruit development. Identification of mulberry fruit anthocyanin biosynthesis related R2R3 MYB gene family members. Verification the function of MaMYBs and its interaction role with structural genes promoters and bHLHs. The function of transcription factor MaMYBs within the anthocyanin biosynthesis were elucidated. These results to improve the content of anthocyanin, modify color of ornamental plants, develop high anthocyanin content of food is of great significance.

桑椹被国家卫生部列入“既是食品又是药品”的名单，花色素苷是广泛存在于植物中的水溶性天然色素，以其重要的生理和经济作用受到研究者们的关注，因而桑椹花色素苷成为桑椹功能食品研究中的热点内容之一。项目以黑桑椹（黑珍珠、大10）和白桑椹（珍珠白、白叶）为材料，以基因互作、基因的表达、瞬时表达和生物信息学为研究手段：对桑椹花色素苷合成相关的R2R3 MYB进行分离与生物信息学分析，不同品种间MaMYBs序列差异分析；研究桑椹不同品种、果实发育阶段MaMYBs和花色素苷合成结构基因的表达模式以及花色素苷含量变化；鉴别与桑椹花色素苷生物合成相关的R2R3 MYB基因家族成员；验证转录因子MaMYBs的功能及其与结构基因启动子和bHLHs互作效应，阐明桑椹花色素苷生物合成中转录因子MaMYBs的功能。这些结果对于提高植物花色素苷含量、改良观赏植物的花色、开发高含量花色素苷食品都具有重要意义。

花色素苷是广泛存在于植物中的水溶性天然色素，大量研究表明花色素苷具有抗氧化、预防心脑血管疾病、抑制肿瘤细胞发生、控制糖尿病等功能。桑椹被国家卫生部列入“既是食品又是药品”的名单，以其重要的生理和经济作用受到研究者们的关注。本项目的研究目标是明确转录因子MYB在桑椹花色素苷合成中的功能，并阐明其作用机理。主要研究内容：（1）桑椹不同品种、果实发育进程花色素苷含量动态变化。（2）研究桑椹不同品种、果实发育进程花色素苷合成结构基因的表达模式。（3）桑椹花色素苷合成中R2R3 MYB的分离与表达。（4）桑椹花色素苷合成结构基因启动子的克隆与分析。（5）研究桑椹花色素苷合中MYB与结构基因启动子和bHLH的相互作用。主要研究结果：（1）采用CIRG色差系统用于桑椹外观色泽变化的量化评价，随着果实发育进程，黑色‘大十’、红色‘四季’品种的CIRG值呈上升趋势，颜色明显加深，与其可见-近红外光谱检测结果一致。采用HPLC，桑椹不同品种中花色素苷的种类存在差异。（2）采用qPCR研究花色素苷合成结构基因，表明MaCHS、MaDFR、MaANS、MaUFGT响应桑椹不同品种、果实发育进程花色素苷含量变化。（3）桑椹转录组高通量测序及生物信息学分析，成熟期黑色‘大十’和白色‘白玉王’，差异表达的基因共有3560个，其中上调基因1956个，下调基因1604个；通过KEGG pathway注释比对到4个MYB片段序列，克隆得到MaMYB5、MaMYB10、MaMYB48、MaMYB305家族成员，采用qPCR，这4个基因响应桑椹不同品种、果实发育进程花色素苷含量变化。利用RACE技术分离R2R3 MYB全长序列，得到MaMYB10序列长度1286 bp。（4）采用染色体步移技术获得桑椹MaDFR、MaUFGT的启动子序列，含E-box、ACE、MRE元件。（5）双荧光素酶检测和烟草瞬时表达颜色变化结果显示，MaMYB10转录因子结合bHLHs转录因子能诱导MaDFR、MaUFGT启动子的活性，促进烟草的花色素苷合成。这些结果对于提高植物花色素苷含量、改良观赏植物的花色、开发高含量花色素苷食品都具有重要意义。