观赏海棠McMYB10反馈调节McCOP1的分子机制

发布时间：2020-10-01 20:08

　　观赏海棠(Crabapple)是蔷薇科(Rosaceae)苹果属(Malus Mill.)植物中兼具观赏价值和经济价值的重要资源。MYB10转录因子对高等植物的色泽发育起着至关重要的作用。在黑暗条件下,MYB10能够被E3泛素连接酶COP1特异降解。为探讨MYB转录因子和COP1蛋白在转录水平上的相互关系,本研究拟以观赏海棠常色紫叶类品种‘王族’(M.spp.‘Royalty’)和‘火焰’(M.spp.‘Flame’)的5个不同发育时期的叶片为材料,研究观赏海棠叶片中McMYB10与McCOP1s基因之间的相互关系及其调控花色素苷生物合成的分子机制。1.通过HPLC检测‘王族’和‘火焰’叶片组织5个不同发育时期中类黄酮物质的含量。结果表明,‘王族’叶片随着发育花色素苷含量逐渐增多;‘火焰’叶片组织5个发育时期中均不含花色素苷。黄酮醇与扁蓄苷含量随着叶片的发育在‘王族’中逐渐减少,在‘火焰’中含量较少。2.通过qRT-PCR,检测‘王族’与‘火焰’叶片不同发育时期中McMYB10和McCOP1基因的表达水平,分析这两个基因在叶片发育时期中的表达对应关系。结果表明,McMYB10和McCOP1基因的表达水平呈正相关,且与花色素苷的含量呈正相关。3.通过持续光照处理,发现光照促进观赏海棠叶片中McMYB10的表达,进而促进了花色素苷的积累,同时McCOP1s的表达量也增加。进一步通过在光周期内检测‘王族’叶片组织中McMYB10基因与McCOP1的表达水平,结果表明,McCOP1s基因在白天的表达量高于其夜晚的表达量,同时相关性分析结果表明McMYB10的转录水平与McCOP1-1,McCOP1-2的转录水平及花色素苷含量呈正相关。4.为了检测McCOP1基因启动子与McMYB10基因之间的关系,通过PLANTCARE(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)数据库对McCOP1s启动子上的顺式作用元件进行分析。结果发现,McCOP1基因启动子上存在两个MYBCORE结合元件,进一步确定,其属于MYB转录因子的特定序列。通过酵母单杂交的方法,表明McMYB10转录因子可以特异结合在McCOP1-1和McCOP1-2基因的启动子上。进一步通过EMSA试验,表明McMYB10蛋白可以直接结合在McCOP1-1和McCOP1-2基因启动子上的MYB识别位点。5.通过将McMYB10与McCOP1基因分别转化观赏海棠叶片与苹果果实,结果表明,瞬时过表达McMYB10后,绿色海棠品种的叶片中花色素苷的含量大量积累,同时McCOP1s的表达水平增加;相反,瞬时沉默MYB10后,花色素苷含量降低,同时McCOP1s的表达水平降低。McCOP1s的遗传转化结果与MYB10相同。综上所述,观赏海棠叶片中,光可以诱导McMYB10基因的表达,McMYB10可以通过与McCOP1的启动子结合而诱导McCOP1s基因的表达;然而在黑暗条件下,McCOP1s可以通过泛素化降解McMYB10蛋白,避免了McMYB10蛋白的过量积累。
【学位单位】：北京农学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S685.99
【部分图文】：

花色素苷

色类型同时还为研究彩叶植物的成色机长期处于砧木和零星栽培的现状，拓展用领域。海棠呈色的重要物质质的一种水溶性化合物，是植物叶片、花、蓝色、紫红色(Field et al., 2001; Hond境胁迫的耐受性，可以增强对草食动物扩散种子(Simmonds, 2003; Treutter, 200康极为有益，比如可以降低健康风险，默病(Zhang et al., 2008; Sun et al., 2013着类黄酮代谢途径探讨植物叶、花、果程中最重要的组分之一(Honda and Sa果实色泽形成的基础，花色素苷的种类同品种乃至组织器官呈现出不同的色见图 1.1.2.1 所示。

调控模式,生物合成,花色素苷

花色素苷生物合成的分子机理研究表明影响花色素苷生物合成的基因有两类：一类是不同植物共同具有的结构基因，它们直接编码花色素苷生物合成酶类(Holton et al., 1995;Fischer et al., 2007)，苹果属植物观赏海棠中花色素苷代谢(见图1.2.1所示)中的结构基因已经研究清楚，例如代谢早期基因编码的酶类查尔酮合酶(CHS; Tai et al., 2014)，查尔酮异构酶(CHI; Geng et al., 2010)，类黄酮-3-羟化酶(F3’H; Shen et al., 2012)及代谢途径后期基因编码的酶类二氢黄酮醇还原酶(DFR; Wen et al., 2010),花青素还原酶(ANS; Zhang et al., 2015)及UDP黄酮糖基转移酶(UFGT; Han et al., 2014)，它们的表达模式及转基因表达数据说明其对观赏海棠叶片色泽其重要作用，前期克隆了苹果属植物花色素苷生物合成基因并对其进行了功能分析，结果发现McCHS、McF3H、McDFR 和McANS 基因直接参与花色素苷的生物合成，并且其表达受MYB 类转录因子的调控(Shen et al., 2012; Tai et al., 2014)；另一类是调节基因

示意图,蛋白二级结构,示意图,蛋白

院硕士学位论文 P1 蛋白主要聚集在细胞核内。相反，光条件下，COP1 蛋白则从细，解除了光形态建成的抑制作用。因而，COP1 蛋白被称为位于光(Deng et al., 1991; Deng et al., 1992)。COP1 基因最早是由北京大学植物拟南芥中利用 T-DNA 标签法得到 cop1 突变体，然后通过单体COP1，该基因编码的 COP1 蛋白是一个由 675 个氨基酸组成的可溶构域构成了二级结构，如图 1.3.1.1 所示，包括 N 端的锌指环结构domain, RING)，位于中间的卷状螺旋形结构域(coiled-coil domain, 的 WD40 重复序列(WD40 repeats,WD40)组成的 C 末端。此外，还clear localization signal, NLS)和一个新型细胞质的定位信号(cytopLS)。COP1 蛋白是一种核定向蛋白，核内 COP1 的丰度变化由 CO所决定，而 COP1 蛋白的亚细胞定位受多个因素的影响。

【参考文献】