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      蒺藜苜蓿MtGSTF7能夠被轉錄因子LAP1激活特異參與花青素的積累

      發(fā)布時間:2022-03-22
      來源:科技外事處

        花青素和原花青素是類黃酮生物合成途徑中的兩個終產物,具有很強的抗氧化性,對植物響應不同外界環(huán)境具有重要的生物學意義。在豆科具有豐富優(yōu)質蛋白的牧草中,適當增加原花青素的含量還可以增加其聚合物與蛋白質的結合,提高反芻動物對優(yōu)質蛋白的利用效率,同時預防和減少第一牧場殺手膨脹病的發(fā)生。 

        植物中花青素和原花青素的生物合成共享相同的底物和上游合成通路,它們在內質網合成后,最終會被轉運到液泡中隔離。目前,對于花青素和原花青素的生物合成和調控機制研究的比較清楚,但是,對于二者在細胞質中的轉運機制仍不是很清楚,尤其是在豆科植物中。2022316日,中科院西雙版納熱帶植物園陳江華研究員團隊與美國北德克薩斯大學Richard A. Dixon團隊合作在Journal of Experimental Botany在線發(fā)表了一篇題為MtGSTF7, activated by the MYB transcription factor LAP1, specifically participates in anthocyanin accumulation inMedicago truncatula的研究論文,該研究在蒺藜苜蓿中揭示了與擬南芥中不同的花青素及原花青素積累調控機制。 

        在該研究中,研究人員發(fā)現蒺藜苜蓿中AtTT19的同源基因MtGSTF7對花青素積累是必需的但是卻不是原花青素積累所必需。在蒺藜苜蓿過表達花青素的轉錄激活子LAP1的葉片中,MtGSTF7的表達量顯著上調,并且其組織表達模式與蒺藜苜蓿中的花青素的積累相關。通過反向篩選突變體,發(fā)現MtGSTF7Tnt1插入突變體中花青素的含量顯著降低,引入MtGSTF7的基因組片段則可完全恢復突變體表型。此外,強光照誘導及過表達LAP1均不能誘導mtgstf7突變體中花青素的積累。通過酵母單雜交和雙熒光素酶報告基因分析顯示LAP1可以與MtGSTF7啟動子結合并激活其表達。該研究還發(fā)現,MtGSTF7tt19突變體中的異位表達可以挽救其花青素積累的缺陷,但不能挽救其原花青素積累的缺陷。通過對mtgstf7突變體中原花青素含量進行分析,發(fā)現在mtgstf7突變體中,原花青素的含量沒有發(fā)生變化。另外,研究人員對大豆中mtgstf7的同源基因在過表達不同的花青素及原花青素合成轉錄激活子的材料中進行表達分析,發(fā)現在大豆中,GmGSTFs同樣也不被招募用來參與原花青素的積累。總之,該研究表明在蒺藜苜蓿中,MtGSTF7 可以被LAP1 激活參與花青素的積累,但是不參與原花青素的積累,為豆科植物中花青素及原花青素的工程改造提供了新的靶基因。 

        版納植物園博士研究生王若若和美國北德克薩斯大學逯楠博士為文章共同第一作者,陳江華研究員為論文通訊作者。北德克薩斯大學Richard A. Dixon院士,Chenggang Liu教授,云南農大楊生超教授,版納植物園賀亮亮副研究員,趙寶林副研究員,張帆副研究員,三杰牧草陳海濤博士等也參與了該文章的工作。相關工作得到中科院草業(yè)先導項目、國家自然科學基金等項目支持,在此一并致謝。 

        1. 蒺藜苜蓿mtgstf7突變體植株營養(yǎng)器官中花青素的積累完全消失。(AMtGSTF7的基因結構及突變體株系中Tnt1的插入位置。(B)突變體中檢測不到MtGSTF7基因的表達。(C),(D,E)野生型和突變體不同時期的植株及葉片表型。(F)野生型及突變體中花青素的自發(fā)熒光檢測。 

        2. mtgstf7-1突變體葉片中過表達LAP1不能誘導花青素的積累。 

        3. mtgstf7-1突變體種皮中原花青素的含量沒有發(fā)生顯著變化。(A野生型和突變體種子及DMACA染色的種子。(B)野生型和突變體種子中可溶性原花青素的含量。(C)野生型和突變體種子中溶性原花青素的含量。 

      本文作者:王若若

      責任編輯:zhangwj_151c53
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