苦荞FtMYB6/FtMYB8转录因子调控植物黄酮醇/花青素的生物合成

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hwen1023
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苦荞(Fagopyrum tataricum)作为一种蓼科荞麦属的山区作物,富含黄酮类化合物(主要为以芦丁为代表的黄酮醇,其次为花青素和原花青素),是一类具有重要保健价值的特色粗谷杂粮。芦丁含量是苦荞种子重要的品质性状,而花青素和原花青素含量赋予其额外的观赏和经济价值。因此,揭示两者生物合成的调控机制对于改善其品质性状和经济价值具有重要意义。大量研究表明,MYB转录因子在植物黄酮代谢调控中具有不可替代的重要作用,其成员众多,调控机制复杂。本研究以四川凉山州培育出的苦荞品种“西荞2号”为实验材料,基于苦荞基因组和转录组数据,筛选克隆出FtMYB6和FtMYB8基因,它们分属R2R3-MYB型的SG7-MYB亚家族和SG4-Like-MYB亚家族成员。采用转录激活实验鉴定编码蛋白FtMYB6和FtMYB8的转录激活活性,分别采用转基因拟南芥和转基因烟草分析其对黄酮合成相关酶基因表达和黄酮成分种类和积累的影响,进一步采用转基因拟南芥分析启动子PFtMYB6和PFtMYB8的时空特性、环境因子和激素响应活性,并采取酵母双杂交技术鉴定与FtMYB8蛋白的互作MBW成员。本研究初步阐明了苦荞转录因子FtMYB6和FtMYB8调控黄酮代谢的分子机制及对内外因素响应的基本特征,加深了对苦荞芦丁、花青素和原花青素代谢调控机制的认识,为未来采用辅助分子育种技术来改善苦荞黄酮种类和含量,增加其经济附加值提供了理论支持。主要研究结果如下:1.基于苦荞基因组和转录组数据,筛选出2个SG7-MYB亚家族转录因子和4个SG4-Like-MYB亚家族转录因子的DNA和c DNA序列。结合黄酮含量和基因表达水平,分离克隆出一个归属SG7-MYB亚家族基因FtMYB6和一个归属SG4-Like-MYB亚家族基因FtMYB8。g DNA序列分析表明,FtMYB6和FtMYB8均含有3个外显子和2个内含子。多序列比对和系统进化分析表明,FtMYB6和FtMYB8可能分别参与黄酮醇和花青素与原花青素的生物合成。2.构建FtMYB6和FtMYB8的酵母表达转录激活载体,并导入转录激活酵母细胞AH109,经氨基酸缺陷平板筛选并鉴定阳性转化子,β-半乳糖苷酶滤纸分析表明:FtMYB6和FtMYB8分别具有单独的转录激活活性和不具有单独的转录激活活性。3.克隆获得1891 bp的PFtMYB6启动子和2313 bp的PFtMYB8启动子序列,并构建p BI101-PFtMYB6-GUS和p BI101-PFtMYB8-GUS植物表达载体,采用浸花法经农杆菌GV3101介导转染拟南芥,筛选获得阳性植株。Gus染色分析表明,在整个生育期中,PFtMYB6启动子仅在花期花蕾中具有明显的转录活性,且其转录活性受到UV-B、冷和光的显著诱导(P<0.05);而PFtMYB8启动子在真叶期的根、花期的根与茎毛状体和所有幼芽毛状体中具有明显的转录活性,且其转录活性受到Me JA、ABA和UV-B的显著诱导(P<0.05),而在黑暗处理下,其转录活性被抑制,但不显著(P>0.05)。4.构建p CHF3-FtMYB6-YFP和p CHF3-FtMYB8-YFP植物表达载体,分别采用叶盘法和浸花法经农杆菌GV3101介导转染烟草和拟南芥,筛选获得阳性株系。经DAPI核定位染色发现,FtMYB6和FtMYB8均定位于细胞核。过表达FtMYB6烟草分析表明,转基因烟草的总黄酮和芦丁含量显著高于野生型烟草(P<0.05),转基因烟草的花青素含量显著低于野生型烟草(P<0.05);转基因烟草花朵为粉红色,呈现出更少的色素积累;转基因烟草黄酮代谢途径Nt C4H、Nt CHI和Nt F3’H基因的表达量均被显著上调(P<0.05),Nt FLS和Nt CHS基因的表达量均被极显著上调(P<0.01),而Nt PAL、Nt4CL和Nt DFR基因的表达量均被显著下调(P<0.05)。过表达FtMYB8拟南芥分析表明,野生型植株的原花青素和花青素含量显著高于转基因FtMYB8拟南芥植株(P<0.05),转基因幼苗呈现出更少的色素沉着,转基因种子呈现出颜色更浅的种皮颜色;黄酮代谢途径EBGs和LBGs等基因的表达量均无显著差异(P>0.05),但At TT12基因表达量被极显著下调(P<0.01);野生型拟南芥幼叶边缘毛状体所占比例显著高于转基因FtMYB8拟南芥边缘毛状体占比(P<0.05)。5.筛选克隆了苦荞花青素合成转录调控MBW三元复合物相关基因Ft GL3、Ft EGL3、Ft TT8和Ft TTG1,构建了p GADT7-FtMYB8、p GBKT7-At GL3/At EGL3/At TT8/At TTG1/Ft GL3/Ft EGL3/Ft TT8/Ft TTG1酵母表达双杂交载体,并分别组合转化酵母AH109感受态细胞,经氨基酸缺陷平板筛选鉴定阳性转化子。结果表明,FtMYB8能与At TT8和Ft GL3强烈互作,FtMYB8与Ft TT8有强度较弱的相互作用。综上表明,FtMYB6作为一个独特的SG7-MYB转录因子,其转录水平受特定的发育阶段和环境因子调控,正调控植物黄酮醇类化合物(主要为芦丁)的生物合成;FtMYB8作为一个独特的SG4-Like-MYB转录因子,其转录水平受特定的发育阶段、环境因子和激素信号调控,抑制植物原花青素和花青素的积累和幼芽边缘毛状体的发生。
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