《菊花花青素苷代謝途徑分支調控研究》是依託北京林業大學，由戴思蘭擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：菊花花青素苷代謝途徑分支調控研究
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：戴思蘭
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
類黃酮代謝從柚皮素開始產生三個常見的花青素合成分支途徑，分別形成矢車菊素、天竺葵素和飛燕草素，進而決定花色呈現紅色、桔紅色和藍色等。因此，分支途徑的形成是產生理想花色的基礎。迄今對調控花青素分支途徑形成的機理仍不清楚，限制了花色改良的分子育種。我們前期研究的結果表明，菊花缺少鮮紅色和藍色品系是因為其只有矢車菊素分支途徑，而與菊花同為菊科植物的瓜葉菊卻擁有三個代謝分支途徑，形成了五彩繽紛的花色品系。本研究擬通過對菊花和瓜葉菊轉錄組研究，獲得控制花青素代謝分支途徑的關鍵基因家族的同源序列，對分支點酶的競爭機制和不同分支途徑關鍵酶的底物特異性進行研究，找到可以調控花青素代謝分支途徑並具有自主智慧財產權的關鍵基因；利用轉基因技術表達外源基因並抑制內源基因表達，探討在菊花中重建天竺葵素和飛燕草素分支途徑的可能性。以期為菊花花色改良的分子育種提供依據，為解析花青素代謝分支調控的理論研究提供參考。
結題摘要
矢車菊素苷、天竺葵素苷和飛燕草素苷是高等植物類黃酮代謝的三條重要支路的終產物，其分別決定花朵呈現紅色、橙色和藍色。不同物種往往進化出不同的色素代謝支路。菊花因僅能積累矢車菊素苷，因此缺少藍色系和鮮紅色系品種，這在一定程度上限制了其花色新品種的培育。瓜葉菊是菊科千里光屬廣泛栽培的觀賞植物，其花色變異豐富，具有白色、黃色、粉色、洋紅色和藍色等多個花色品種，是研究高等植物花朵呈色的好材料。本項目執行過程中，我們利用轉錄組學結合代謝中間產物和終產物分析，對瓜葉菊5種花色品種（白、黃、粉、洋紅和藍色）舌狀花呈色的機制進行了分析。色素成分分析結果表明：在白色和黃色品種中沒有花青素苷的積累；藍色、粉色和洋紅色花中，主要積累矢車菊素苷、天竺葵素苷和飛燕草素苷，且呈現兩種色素同時分布一處的狀況。利用轉錄組技術共分離得到43個編碼花青素苷代謝通路的結構基因與調節基因，基因表達分析的結果表明：ScbHLH17和ScCHI1/2編碼區的突變，分別導致了白色和黃色花品種無法積累花青素；三個分支酶ScF3’H1、ScF3’5’H和ScDFR1/2對柚皮素的競爭，導致了瓜葉菊中，花青素分支流分別向矢車素苷、天竺葵素苷和飛燕素苷三個方向流動。對ScF3’5’H基因序列分析發現，ScF3′5′H表達與否與其啟動子中是否含有招募花青素苷合成相關轉錄因子的ACE和MRE元件密切相關。通過在粉色菊花品種‘日切桃紅’中抑制內源F3’H，並過表達瓜葉菊ScF3’5’H，獲得了花色藍移的轉基因株系。我們的研究結果初步解析了瓜葉菊花青素苷分支代謝的調控機制，同時對觀賞植物花色轉基因育種提供了很好的基因資源，包括上述的ScF3’H、ScF3’5’H和ScDFR。項目實施以來，類及發表研究論文發表SCI論文8篇（其中第一標註4篇），中文期刊7篇（均為第一標註），培養博士6人碩士4人。
