花青素是一種天然的水溶性植物色素，是花、果實(shí)等植物器官呈色的主要原因。同時(shí)，花青素是一種天然的抗氧化劑，具有重要的保健功能，可以有效預(yù)防心血管疾病、衰老相關(guān)的退行性病變以及多種癌癥。番茄是世界上最重要的蔬菜作物之一，在滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)美好生活的需求方面起著重要作用。然而，美中不足的是，市場(chǎng)上常見(jiàn)的普通番茄果肉中基本不含花青素。因而，研究花青素合成的調(diào)控機(jī)理具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
11月1日，Molecular Plant 在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李傳友與北京農(nóng)林科學(xué)院研究員李常保合作的題目為A Transcriptional Network Promotes Anthocyanin Biosynthesis in Tomato Flesh 的研究論文，揭示了番茄響應(yīng)光信號(hào)積累花青素的分子機(jī)制并通過(guò)遺傳操作創(chuàng)制出果肉富含花青素的紫色番茄。
在強(qiáng)光照射下，番茄材料“Indigo Rose”（InR）的果皮中可以積累花青素。他們從遺傳分析入手，成功分離了InR中控制花青素合成的基因Aft和atv。
深入研究表明，Aft編碼一個(gè)正向調(diào)控花青素合成的R2R3-MYB蛋白SlAN2-like。atv編碼一個(gè)負(fù)向調(diào)控花青素合成的R3-MYB蛋白SlMYBATV。在InR中，光照通過(guò)SlHY5激活SlAN2-like的表達(dá)，隨后，SlAN2-like通過(guò)激活SlAN1和SlMYBATV的表達(dá)進(jìn)而誘導(dǎo)番茄果皮中花青素的合成。SlMYBATV則通過(guò)與SlAN2-like競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合bHLH轉(zhuǎn)錄因子SlAN1的方式抑制果皮中花青素的合成。由此發(fā)現(xiàn)，SlAN2-like在接受光信號(hào)并開(kāi)啟花青素合成通路的過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。在普通栽培番茄中，SlAN2-like基因由于剪切位點(diǎn)的突變而喪失功能，而且負(fù)向調(diào)控因子SlMYBATV的功能正常，因而不具備激活花青素合成的能力。
該研究為創(chuàng)制果肉中富含花青素的番茄提供了重要的靶標(biāo)基因。利用果實(shí)特異啟動(dòng)子過(guò)表達(dá)SlAN2-like，獲得了果皮和果肉中均有豐富花青素積累的紫色番茄。該研究成果不僅加深了人們對(duì)花青素合成機(jī)制的理解，而且對(duì)作物花青素性狀的改良提供了新的思路與技術(shù)途徑。
李傳友研究組的博士研究生孫傳龍和工程師鄧?yán)跒樵撜撐牡墓餐谝蛔髡摺＠顐饔押屠畛１樵撜撐牡墓餐ㄓ嵶髡摺Ｇ鄭u市農(nóng)科院蔬菜研究所研究員黃婷婷、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授趙久海、陳謙參與了研究工作。該研究得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和農(nóng)業(yè)部的資助。
圖1 SlAN2-like調(diào)控番茄果實(shí)花青素積累的工作模型
圖2 果實(shí)特異過(guò)表達(dá)SlAN2-like誘導(dǎo)花青素在番茄果皮和果肉中積累
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