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番茄為什么會這樣紅?

2019-05-28 15:35:14來源:植物科學最前沿作者:植物科學最前沿編輯:xwbj3
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  花色苷是一類廣泛分布于植物界且具有強效抗氧化活性的天然色素。由苯丙烷代謝途徑產生的花色素在轉移酶的作用下,添加糖基/酰基后轉變為穩定的花色苷貯存于液泡中,最終為自然界的植物涂上靚麗的色彩。這類天然活性產物在植物防御生物和非生物脅迫的過程中發揮著重要的積極作用。更重要的是,大量研究表明有規律地攝入花色苷可以顯著降低人類罹患癌癥等多種衰老性疾病的風險。開展富含花色苷的蔬菜水果新品種選育和相關的基礎研究對人類的健康飲食具有重要意義。

  目前,花色苷在果實中的分子調控機理尤其是響應環境變化的機制并不清晰。在市場中,消費者更傾向于挑選花色苷均勻積累的漂亮果實而放棄著色不均的果實。因此,果實的著色均勻程度對果實的商品價值影響巨大。光是影響果實花色苷合成積累的首要環境因素。在實際的生產過程中,環境等因素的變化常常導致大量著色不均勻果實的產生,這對果實商業價值的實現極為不利。目前,光照調控果實不均勻著色的代謝與分子機理并不清楚,也少有研究。番茄是世界范圍內的重要園藝作物,全球產值長期居于園藝作物之首,是開展果實發育與成熟機理研究的理想模式生物。以番茄為材料,開展光調控果實花色苷不均勻積累的代謝與分子機理研究不僅對番茄的育種具有指導價值,還能夠對其它以果實為商品的經濟作物(如茄子、蘋果、橙子、葡萄、山楂、梨和桃等)的果實著色機理研究和遺傳育種提供理論借鑒。

  近日,Horticulture Research在線發表了重慶大學陳國平教授研究組與鄭州大學農學院黃進勇教授研究組題的研究論文,揭示了強光調控番茄果實花色苷不均勻積累的代謝與分子機制。

  色素積累的深度與模式是決定番茄果實營養價值和商品價值的關鍵因素。目前廣泛栽培的番茄品種生產的果實都不含花色苷,而組成型表達外源基因BrTT8的轉基因番茄(Pro35S:BrTT8)則表現出強光誘導果實表皮花色苷不均勻積累的特征。在強光條件下(≥700 μmol m-2s-1),花色苷積累深度在Pro35S:BrTT8番茄果實的梗端(stem end)達到最高值,積累深度沿著果實梗端向臍端(stylar end)逐漸降低,而非轉基因的對照番茄果實中未發現花色苷的積累。這些特性表明Pro35S:BrTT8番茄是研究光誘導果實花色苷不均勻積累的理想材料。結合qPCR、Y2H、FRET、HPLC-ESI-MS/MS、遺傳轉化和瞬時表達等分析方法和技術,證實強光誘導表達的SlAN2與穩定表達的BrTT8和SlAN11組成雜合的MBW蛋白復合物,通過激活花色苷結構基因的轉錄,進而啟動了以delphinidin-3-O-glucoside-5-O-rutinoside為代表的花色苷類物質的合成積累。進一步的研究表明,強光條件下番茄果實花色苷的不均勻積累是由不同組織細胞吸收的自然光能量差異所致,當果皮組織吸收的光能量低于臨界值時,則不能激活SlAN2的轉錄表達,即不能組裝足夠量的MBW蛋白調控復合物。此外,研究證實了轉錄因子SlMYBL2通過干擾功能性MBW蛋白復合物的組裝以抑制花色苷的生物合成,進而建立番茄細胞內花色苷合成與其它代謝活動的相對平衡。該論文解析了不同基因型番茄在露天的強光條件下果實表皮次級代謝產物合成差異的代謝與分子機理,為著色均勻的高品質番茄育種提供了理論指導,也為其他經濟作物果實不均勻著色的機理研究提供了良好的借鑒。

  該論文的第一作者是來自于鄭州大學農學院的張彥杰博士(張彥杰,男,博士,副教授,碩士生導師,長期從事花色苷和生物堿等天然活性物質的生物合成與遺傳分子機理研究),李燕博士,李萬枰,胡宗利教授,涂昀博士,于曉惠博士,張敏博士和黃進勇教授參與了該項目的研究,陳國平教授為通訊作者。該研究獲得了重慶大學熊方杰博士與鄭州大學郭嘉博士的大力幫助。該研究得到了國家自然科學基金和河南省產學研項目的資助。

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