科学家揭示番茄紫色果实形成的分子机理

2017年12月06日 11:01:39 来源: 中国科学报
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  近日,中国农科院蔬菜花卉研究所与华南农业大学开展合作研究,揭示了番茄紫色果实形成的分子遗传基础以及果实表皮中花青素生物合成的分子调控网络,为番茄高品质分子设计育种奠定了基础。

  花青素是目前所发现的清除人体内自由基最有效的天然抗氧化剂,具有抗衰老、抗辐射、抗过敏、增进视力、改善睡眠、预防癌症、预防心脑血管疾病等功效。花青素广泛存在于植物中。普通栽培番茄植株一般含有一定数量的花青素,然而果实通常不产生花青素。但是某些野生种番茄含有Aft、Abg或atv等遗传位点,其果实与紫色茄子相似,因表皮能产生花青素而呈紫色。国外育种者通过传统育种手段将上述遗传位点转育到普通栽培番茄中,已经培育出高花青素的紫果番茄品种。然而,这些遗传位点具体的分子遗传机制尚不清楚。

  蔬菜所科研团队从美国引进的高花青素紫果番茄品种Indigo Rose为试验材料,利用分子遗传学研究手段,将atv位点精细定位到番茄7号染色体上约5.0 kb的区间内。该区间中只有一个基因,编码R3 MYB转录抑制因子,故将该基因命名为SlMYBATV。在含有atv位点番茄材料中,SlMYBATV基因编码区存在一个4 bp的插入,该插入导致基因移码突变和蛋白翻译提前终止。SlMYBATV突变蛋白丧失了对花青素生物合成的抑制作用,导致果皮中花青素大量合成和积累,从而果实呈现紫色。

  通过番茄全基因组分析,本研究还发现了一些可能参与阻遏花青素生物合成的MYB抑制因子,包括2个R3 MYB和4个R2R3 MYB抑制因子。基因转录水平分析表明,在番茄SlMYBATV突变体的果实表皮中,由于SlMYBATV突变蛋白失去了抑制功能,花色素苷生物合成途径中的大多数结构基因和部分调控基因上调表达。基于上述结果,该研究提出了一个番茄果实表皮中花青素生物合成的基因调控网络模型。

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