蓝色花形成关键基因的分离及其表达分析

具有新异花色的花卉往往具有可观的经济价值。利用基因工程技术培育新异的花色品种,是世界花卉育种的研究热点之一。世界销售量最大的切花中都缺少蓝色系,与蓝色月季和蓝色康乃馨的研究进展相比,蓝色菊花的研究刚刚起步。近十几年来对花色形成分子机理的逐步揭示,为通过调控蓝色花形成关键基因,培育蓝色花提供了可靠的理论依据。根据菊花的生物学特点和花色分子改良的研究进展,首先利用菊科中具有蓝色花的植物,研究其花色形成的分子机理,对于蓝色菊花的分子育种工作具有重要的理论和实践意义,这也是本研究的创新点之一。 F3′5′H是蓝色的3′,5′-羟基花色素形成的关键酶。F3H和DFR分别催化F3′5′H的上、下反应步骤,与F3′5′H存有底物竞争关系。三者底物特异性的差异决定了不同植物中合成色素各组分的差异。本研究利用RT-PCR和RACE技术,检测了蓝色瓜叶菊、矢车菊、马蔺和飞燕草中F3′5′H的表达。从蓝色瓜叶菊和飞燕草中分离出了F3′5′H cDNA全长序列,命名为PCFH (GenBank accession no. AY791885)和DGFH (GenBank accession no. AY856345)。PCFH和DGFH与已知的矮牵牛、茄子、草原龙胆等植物的F3′5′H的氨基酸序列相似性较高(>40%),同属于P450 CYP75亚家族。从瓜叶菊和菊花中分离出了F3H和DFR同源基因序列片段,与已知的裂叶牵牛和金鱼草等同源基因的序列相似性高,GenBank accession no. DQ471436、DQ471437、DQ471438和DQ471439。蓝色花形成关键基因的分离为揭示蓝色花形成的分子机理奠定了研究基础。 将瓜叶菊的花序发育过程分为5个阶段,用Northern Blotting分析了花色素苷合成途径的早期、中期和晚期三个合成阶段的关键基因:CHS、F3H、F3′5′H和DFR在瓜叶菊花序不同发育时期的表达模式。四个基因在不同发育阶段表达量的明显增减变化说明蓝色瓜叶菊的飞燕草色素及其衍生物在花序发育的早期开放过程中就已大量合成,并非随着花序的开放会逐渐合成。F3H基因的持续表达说明瓜叶菊的蓝色花形成中产生的无色的二氢黄酮醇中间产物至少有两类:二氢杨梅黄酮(DHM)和二氢莰非醇(DHK)。CHS基因转录本在前三个时期的逐渐增加说明在花序发育过程中色素苷的大量合成集中在前两个发育阶段,噢哢、黄酮和黄酮醇等辅助色素的合成在花序的发育阶段持续较长的时间。结合色素薄层层析分析的结果,讨论了蓝色瓜叶菊中的色素合成途径。