PbLAC4-like基因参与调控梨花青苷降解的机理研究

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以‘早酥’(Pyrus bretschneideri Rehd.)为代表的梨叶片,‘早酥’和‘红早酥’(Pyrus bretschneideri Rehd.)梨的花瓣,‘红早酥’梨的花托在发育过程中存在褪色现象,这种褪色现象与花青苷(anthocyanin)的降解有关。目前为止,关于梨中花青苷降解的机理研究还不是很清楚。本实验室前期已经从不同时期‘红早酥’花托的转录组数据中分析筛选出了可能和花青苷降解有关的基因—PbLAC4-like,该基因可以编码梨中的laccase4-like,laccase4-like是含有三个铜氧化结构域的多酚氧化酶。在此基础上,本研究对PbLAC4-like基因降解花青苷的功能进行了验证,并对其上游调控因子进行了初步筛选。主要研究结果如下:1.在梨叶片、花瓣和花托褪色过程中,PbLAC4-like基因表达水平与花青苷、绿原酸(chlorogenic acid)含量成显著负相关。本研究分别对存在褪色现象的梨叶片、花瓣和花托进行了PbLAC4-like基因表达水平分析及花青苷、儿茶素(catechins)、表儿茶素(epicatechin)、原花青素B2(procyanidin B2)、绿原酸含量测定,三种不同组织褪色过程中,PbLAC4-like基因表达趋势总体上是上升的,而花青苷和绿原酸含量则呈下降趋势,对其相关性分析结果表明:梨叶片、花瓣和花托中花青苷和绿原酸含量的减少均与PbLAC4-like显著相关。另外,PbLAC4-like蛋白的系统进化分析结果表明PbLAC4-like蛋白与荔枝(Litchi)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)中降解类黄酮的LAC有较高的同源性。2.PbLAC4-like直接参与梨中花青苷的降解,可能间接影响绿原酸的积累。在‘Palacer’梨(Pyrus communis L.)幼果果皮上瞬时过表达PbLAC4-like,与对照相比,其花青苷和绿原酸含量显著减少,这个试验在梨体内验证了PbLAC4-like和花青苷、绿原酸含量的减少具有显著相关性。通过原核表达我们得到了PbLAC4-like蛋白,以原核表达空载体后的蛋白为对照,并分别以花青苷和绿原酸标样为底物对PbLAC4-like蛋白酶活进行测定,结果显示:PbLAC4-like蛋白降解花青苷的活力约为对照的4倍,而其降解绿原酸的活力与对照无显著差异。因此,我们可以得知PbLAC4-like通过直接降解花青苷从而导致梨叶片、花瓣、花托发生褪色现象,而其对绿原酸含量的影响可能是间接的。另外,我们对不同时期的五种梨叶片的花青苷降解活力进行了测定,发现其活力与PbLAC4-like的表达趋势基本一致,这进一步证明了PbLAC4-like在梨花青苷的降解中起着重要作用。3.PbMYB26通过调控PbLAC4-like可能参与了梨中花青苷的降解。通过对候选上游调控因子的系统进化分析和定量检测,我们得知只有PbMYB26的表达模式在梨叶片、花瓣、花托中都和PbLAC4-like的表达模式一致,酵母单杂交试验和双荧光素酶活性分析试验结果表明:PbMYB26能够直接结合PbLAC4-like的启动子,增强启动子活性,从而提高PbLAC4-like的表达水平。通过梨果皮瞬时表达技术进一步验证了该结论,在‘早酥’梨果皮上过表达PbMYB26会显著促进PbLAC4-like的表达,过表达PbMYB26的梨果皮中PbLAC4-like的表达约为对照的4.5倍。
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