中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (4): 802-818.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.04.014
郭奥琳1,2(), 林俊璇1,2(
), 赖恭梯2, 贺丽媛2, 车建美3, 潘若2, 杨方学1,2, 黄玉吉1, 陈桂信1(
), 赖呈纯2(
)
收稿日期:
2024-09-30
接受日期:
2024-11-20
出版日期:
2025-02-16
发布日期:
2025-02-24
通信作者:
联系方式:
郭奥琳,E-mail:3425125034@qq.com。林俊璇,E-mail:17857696976@163.com。郭奥琳和林俊璇为同等贡献作者。
基金资助:
GUO AoLin1,2(), LIN JunXuan1,2(
), LAI GongTi2, HE LiYuan2, CHE JianMei3, PAN Ruo2, YANG FangXue1,2, HUANG YuJi1, CHEN GuiXin1(
), LAI ChengChun2(
)
Received:
2024-09-30
Accepted:
2024-11-20
Published:
2025-02-16
Online:
2025-02-24
摘要:
【目的】克隆花青素合成关键基因VdF3′5′H2,分析其调控刺葡萄(Vitis davidii Foëx)细胞花青素生物合成及组分含量比例的作用,为构建高产花青素的刺葡萄细胞和定向调控目标花青素组分生物合成提供技术支撑和理论依据。【方法】以刺葡萄细胞为研究材料,克隆VdF3′5′H2并构建植物表达载体,将其转化刺葡萄细胞,通过抗性筛选结合荧光观察和PCR鉴定阳性细胞系;分析转基因刺葡萄细胞的表型,测定其花青素、黄酮类化合物和原花青素含量,并利用UPLC-MS/MS检测以花青素为主的代谢物组分;使用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析花青素合成相关基因的表达,并利用O2PLS法进行基因和差异代谢物的联合分析。【结果】VdF3′5′H2的ORF为1 527 bp,编码508个氨基酸残基;VdF3′5′H2蛋白与同科植物具有较高的同源性,均包含CYP75保守结构域、血红素结合位点和3个特征保守基序;系统进化分析发现F3′H与F3′5′H聚在同一大分支,显示F3′5′H从F3′H的进化关系,VdF3′5′H2在进化上比VdF3′5′H1更原始;VdF3′5′H2亚细胞定位于细胞质。在过表达VdF3′5′H2的2个转基因刺葡萄细胞中,花青素、黄酮类化合物和原花青素含量显著高于野生型对照。过表达VdF3′5′H2不仅使刺葡萄细胞中花青素组分的数量增加,而且显著促进了VdF3′5′Hs催化支路的花青素合成,2个转基因细胞的飞燕草素类花青素含量比例分别增加到7.82%(T6)和14.32%(T10),矮牵牛素类分别增加到7.30%和10.16%,锦葵色素类分别增加到58.08%和42.30%,而野生型细胞中3类花青素的含量比例分别为1.92%、1.48%和8.49%;同时,2个转基因细胞中矢车菊素类和芍药花素类花青素含量比例大幅度下降。过表达VdF3′5′H2使刺葡萄细胞中PAL、CHS、CHI、F3H等基因表达量下调,而VdF3′5′H1、LDOX和UFGT表达量上调。基因表达与差异代谢物的联合分析表明,过表达VdF3′5′H2是通过调控花青素合成相关基因的表达进而调节不同种类花青素及其组分的合成与积累。【结论】过表达VdF3′5′H2显著促进刺葡萄细胞花青素生物合成与累积,通过调控基因表达改变花青素合成支路代谢流,进而调控刺葡萄细胞中花青素的组成和含量比例。
郭奥琳, 林俊璇, 赖恭梯, 贺丽媛, 车建美, 潘若, 杨方学, 黄玉吉, 陈桂信, 赖呈纯. 过表达VdF3′5′H2对刺葡萄细胞花青素组分积累的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 802-818.
GUO AoLin, LIN JunXuan, LAI GongTi, HE LiYuan, CHE JianMei, PAN Ruo, YANG FangXue, HUANG YuJi, CHEN GuiXin, LAI ChengChun. Effect of VdF3′5′H2 Overexpression on the Accumulation of Anthocyanin Composition in Spine Grape Cells[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(4): 802-818.
表1
刺葡萄细胞培养及遗传转化所用培养基"
培养基种类 Type of medium | 配方 Formulation |
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继代培养基Subculture medium | MS+1.0 mg·L-1 2,4-D+6.0 g·L-1琼脂+30.0 g·L-1蔗糖(pH 5.8) MS+1.0 mg·L-1 2,4-D+6.0 g·L-1 Agar+30.0 g·L-1 Sucrose (pH 5.8) |
MS重悬液MS resuspension solution | MS+20 µmol·L-1 AS (pH 5.8) |
NAA重悬液NAA resuspension solution | 10 mmol·L-1 MgCl2+100 mmol·L-1 MES (pH 5.7)+100 µmol·L-1 AS |
液体LB培养基Liquid LB medium | 10 g·L-1 胰蛋白胨+10 g·L-1 NaCl+5 g·L-1酵母浸粉(pH 7.0) 10 g·L-1 Tryptone+10 g·L-1 NaCl+5 g·L-1 Yeast infusion powder (pH 7.0) |
共培培养基Co-culture medium | MS+100 µmol·L-1 AS+7.0 g·L-1琼脂+30.0 g·L-1蔗糖(pH 5.8) MS+100 µmol·L-1 AS+7.0 g·L-1 Agar+30.0 g·L-1 Sucrose (pH 5.8) |
抗性筛选培养基Resistance screening medium | MS+1.0 mg·L-1 2,4-D+50 mg·L-1 Kan+100 mg·L-1 Tim+7.0 g·L-1琼脂+30.0 g·L-1蔗糖(pH 5.8) MS+1.0 mg·L-1 2,4-D+50 mg·L-1 Kan+100 mg·L-1 Tim+7.0 g·L-1 Agar+30.0 g·L-1 Sucrose (pH 5.8) |
图6
花青素合成关键基因表达与差异代谢物的联合分析 A:未转化与转化刺葡萄细胞花青素代谢物变化的通路示意图(含量差异倍数以Log2FC数值表示);B:基因表达热图(表达量差异倍数以Log2数值表示);C:差异代谢物与基因表达量关联载荷图(WT vs T6);D:差异代谢物与基因表达量关联载荷图(WT vs T10)。Cy:矢车菊素;Dp:飞燕草素;Pn:芍药花素;Mv:锦葵色素;Pt:矮牵牛素;Pg:天竺葵素;digluc:二葡萄糖苷;rhamn:鼠李糖苷;gluc:葡萄糖苷;sophor:槐糖苷;glucur:葡萄糖醛酸;dima:二丙二酰;coum:对香豆酰:galact:半乳糖苷;arabin:阿拉伯糖苷;malon:丙二酰;arabin:阿拉伯糖苷;xyl:木糖苷;sambubi:桑布双糖苷;rutin:芸香糖苷;acet:乙酰;Trisuc:三琥珀酰"
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