拟南芥THF1基因参与调控叶片花青素累积的研究

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花青素(Anthocyanins)是一类广泛存在于植物叶片,花朵和果实中的类黄酮类物质。在自然界中,花青素的存在具有重要的生态学意义:吸引昆虫传粉,诱使动物采食果实,改变叶片颜色以起到光保护作用等等。在过去的二十年,对花青素的化学结构,合成途径和代谢调控,已有大量的研究。植物叶片上的花青素累积,往往和植物生长发育的阶段、所处的外界环境密切相关。各种生物和非生物逆境胁迫,容易诱导花青素在叶片和幼苗中的累积。前期研究发现,在一些叶绿体质核反向信号突变体(如gun1,abi4)中,逆境诱导的花青素累积发生明显变化,暗示着花青素的合成受到了叶绿体功能的影响,但是叶绿体到底是如何调控花青素的代谢过程,目前还不清楚。本研究发现,在类囊体发育突变体thf1幼苗和成年叶片中,外源茉莉酸和伤诱导的花青素积累较野生型增高。同时,thf1中的DFR,UF3GT,ANS,PAP1,EGL3等晚期花青素合成结构基因和转录因子的表达量要高于对应的野生型。与此同时,thf1中茉莉酸合成相关基因(LOX2,AOS,MJT和VSP2)的表达量也较野生型上升。叶片内源的亚麻酸,OPDA和茉莉酸含量,在thf1同时增高。遗传学证据表明:thf1中花青素累积依赖于茉莉酸受体COI1,拟南芥coi1-2和coi1/thf1突变体都不能合成更多的花青素。利用蔗糖密度梯度离心技术,我们在黑暗下分离了完整的叶绿体,并进行照光处理。在黑暗适应后的thf1叶绿体悬浊液中,游离亚麻酸和OPDA含量都要高于野生型,且在照光后,野生型和thf1中OPDA的含量都出现了明显的上升趋势。上述研究暗示:叶绿体本身可以被外界刺激(如:光照)所激活,通过调控茉莉酸的代谢,进而诱导花青素的合成。  在植物细胞中,茉莉酸的合成起始于叶绿体。游离亚麻酸在磷脂酶A的水解作用下从类囊体膜上释放出来,经过氧化形成OPDA。OPDA在过氧化物酶体中经过还原,合成茉莉酸。我们的研究发现,thf1与野生型在类囊体膜脂的主要成分半乳糖脂(MGDG和DGDG)含量上,并没有存在明显差异。而磷脂酶A的活性,可能与thf1中较高的亚麻酸水平有关。通过Real-timePCR,我们检测了三个定位在叶绿体上的磷脂酶A(DGL,PLAIγ1和pPLAI)的表达量。结果表明:三者的表达量,在thf1中均高于野生型。说明thf1中较高的磷脂酶A活性,可能导致了较多的亚麻酸解离和茉莉酸合成。用磷脂酶A的抑制剂BEL处理thf1和野生型幼苗,花青素合成被抑制,但是为什么THF1突变会导致磷脂酶A活性的变化,为什么thf1对茉莉酸更加敏感?这些问题还值得进一步的研究。
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