红花草莓''莓红''花瓣花色苷积累及其MYB基因的表达分析.pdf

园艺学报 2021 48 8 1470 1484 Acta Horticulturae Sinica 1470 doi 10 16420 j issn 0513 353x 2020 0477 http www ahs ac cn 收稿日期 2021 01 22 修回日期 2021 02 22 基金项目 福建农林大学科技创新专项基金项目 CXZX2018087 通信作者 Author for correspondence E mail cqx0246 jianqingchen 红花草莓 莓红 花瓣花色苷积累及其 MYB 基 因的表达分析 洪燕红 叶清华 李泽坤 王 威 谢 倩 陈清西 陈建清 福建农林大学园艺学院 福州 350002 摘 要 以红花草莓品种 莓红 为研究材料 观察花瓣发育过程中色泽及花色苷变化规律 同时 对 4 个发育时期花瓣进行转录组测序 基于相关性筛选花色苷合成途径的关键功能基因及转录调控因子 结果表明 1 花瓣发育过程中 花色苷总含量呈先升后降趋势 且在半开期达到最高 2 花色苷合成 途径关键功能基因 FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaDFR Fa3GT 表达水平与花色苷含量正相关 3 R2R3 MYB 基因 FaMYB6 和 FaMYB90 与花色苷含量呈正相关 4 Pearson 相关性分析表明 FaMYB6 与 FaPAL FaDFR 显著正相关 FaMYB90 与 FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaDFR Fa3GT 极显著正相 关 FaMYB82 则与上述 5 个结构基因之间均极显著负相关 综上 莓红 草莓花瓣发育过程中 花色苷积 累引起花瓣颜色变红 FaMYB82 FaMYB6 FaMYB90 可能通过调节 FaPAL Fa4CL FaDFR 和 Fa3GT 的表达来调控花瓣色泽形成 关键词 草莓 红花 花瓣 花色苷 生物合成 R2R3 MYB 转录因子 中图分类号 S 668 1 文献标志码 A 文章编号 0513 353X 2021 08 1470 15 Accumulation of Anthocyanins in Red flowered Strawberry Meihong Petals and Expression Analysis of MYB Gene HONG Yanhong YE Qinghua LI Zekun WANG Wei XIE Qian CHEN Qingxi and CHEN Jianqing College of Horticulture Fujian Agriculture and Forestry University Fuzhou 350002 China Abstract Meihong which is a red flowered strawberry variety was dynamically observed the anthocyanin contents during petals development Moreover we pered transcriptome sequencing on four development periods of petals for screening key functional genes and transcription factors in the anthocyanin synthesis pathway The results showed that 1 During the lifecycle of petal the content of anthocyanin is sharply increased and reached the highest at the petal half open period and then decreased 2 The key functional genes of the anthocyanin synthesis pathway FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaDFR and Fa3GT were positively correlated with the accumulation of anthocyanins in their expression patterns 3 FaMYB6 and FaMYB90 were pered positively correlation with anthocyanin content 4 Pearson correlation analysis showed that FaMYB6 was significantly positively correlated with FaPAL and FaDFR FaMYB90 had a significant positive correlation with FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaDFR and Fa3GT 洪燕红 叶清华 李泽坤 王 威 谢 倩 陈清西 陈建清 红花草莓 莓红 花瓣花色苷积累及其 MYB 基因的表达分析 园艺学报 2021 48 8 1470 1484 1471 FaMYB82 was significantly negatively correlated with FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaDFR and Fa3GT In summary FaMYB82 FaMYB6 FaMYB90 regulate the transcriptional of anthocyanin synthesis genes facilitated the accumulation of anthocyanin caused the color ation of the petals in Meihong strawberry Keywords strawberry red flower petal anthocyanin biosynthesis R2R3 MYB transcription factor 草莓 Fragaria ananassa Duch 的花朵多为白色 中国科学院中国植物志编辑委员会 1985 英国的 Ellis 1962 用开白花八倍体凤梨草莓 Fragaria ananassa 2n 8x 56 和开紫红花六 倍体欧洲红花委陵菜 Potentilla palustris 2n 6x 42 杂交 于 1989 年培育出第 1 个开粉花的 草莓品种 Pink Panda 之后国内外开始进行红花草莓育种工作 目前已培育出一批红花草 莓品种 其中 小桃红 和 四季红 是中国育成的首批开红花的草莓品种 薛莉 等 2012 雷家 军 等 2015 Xue et al 2016 王庆莲 等 2017 由于红花草莓花瓣呈不同程度红色 不同于 一般栽培草莓花瓣的白色 且其花量大 花期长 兼具观赏与食用价值 研究表明 红花草莓花瓣中含有花色苷物质 Xue et al 2016 花色苷的生物合成是植物类 黄酮合成途径的 1 个分支 受多个结构基因 包括 PAL C4H 4CL CHS CHI F3H F3 H F3 5 H DFR 和 ANS 等 调控 Jaakola et al 2002 Fogelman et al 2015 花色苷的生物合成在模式植 物 如拟南芥 矮牵牛 玉米等 中已研究得较为清楚 其合成代谢在转录水平上受 MYB bHLH WD40 复合体的调控 Sun et al 2020 其中 R2R3 MYB 转录因子的调控作用被广泛报道 曹雨薇 等 2019 姚亦凡 等 2020 在拟南芥中已发现多个与类黄酮物质代谢相关的 R2R3 MYB 转录因子 如 AtMYB75 AtMYB112 和 AtMYB123 等 Stracke et al 2001 Lotkowska et al 2015 大多 数参与花色苷合成的 MYB 转录因子促进花色苷合成结构基因的表达 使花色苷合成量增多 例如 月季中的 RhMYB10 Raymond et al 2018 梅花中的 PmMYB108 Zhang et al 2018 和猕猴 桃中的 AcMYB123 Wang et al 2019a 等 目前 红花草莓新品种选育多以传统杂交育种为主 耗时费力 近年来关于花色苷生物合成转 录调控的研究取得了重要进展 因此对转录因子定向修饰的分子育种 有望加快红花草莓新花色品 种选育工作 然而如今对红花草莓花色苷及花色形成转录调控机理的研究鲜少 本研究中以红花草 莓品种 莓红 为研究材料 观察花朵发育过程花色表型变化 检测不同发育时期花瓣花色苷含量 从转录组中筛选出花色苷合成相关结构基因和 R2R3 MYB 转录因子 为后续对红花草莓花中关于花 色苷合成的相关研究奠定基础 同时为人工进行分子调控红花草莓花色及新品种选育提供理论依据 1 材料与方法 1 1 材料 试验所用红花草莓品种为 莓红 白花草莓品种为 蒙特瑞 购自于沈阳农业大学草莓资 源圃 栽培条件为光照 16 h 黑暗 8 h 温度 21 0 1 0 正常水肥管理 以花苞 4 mm 大小 花 瓣未着色 记为 S1 第 2 天记为 S2 依次类推 至花瓣完全展开记为 S7 以 7 个不同发育时期 S1 S7 花瓣为研究试材 图 1 Hong Yanhong Ye Qinghua Li Zekun Wang Wei Xie Qian Chen Qingxi Chen Jianqing Accumulation of anthocyanins in red flowered strawberry Meihong petals and expression analysis of MYB gene 1472 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 8 1470 1484 图 1 莓红 和 蒙特瑞 草莓花朵发育的 7 个时期 Fig 1 The seven developmental stages of flowers on Meihong and Monterey strawberries 1 2 花色苷总含量测定 参照 Huang 等 2016 的方法 取 S1 S7 时期花瓣各 0 10 g 分别用液氮研磨成粉末后转移 至 10 mL 离心管 加入 5 mL 1 盐酸甲醇溶液 1 99 体积比 振荡混匀后置于 4 冰箱黑暗充 分浸提 24 h 期间多次振荡 之后离心 15 min 4 13 000 r min 1 上清液利用紫外可见分光 光度计 PerkinElmer Lambda 25 测定 A 530 和 A 657 试验设生物学重复 5 次 1 3 花色苷合成相关基因筛选 基因表达量数据来源于 莓红 草莓 4 个时期花瓣 S1 S2 S3 和 S6 各时期均 3 个生物学 重复 转录组数据库 提取样本总 RNA 后 去除 rRNA 富集 mRNA 反转录形成双链 cDNA 修 复 cDNA 双末端后 加上接头 PCR 扩增构建上机文库 用 AMPure XP beads 筛选 200 bp 左右的 cDNA 进行 PCR 扩增并再次使用 AMPure XP beads 纯化 PCR 产物 最终获得文库 并通过质控分 析 基于八倍体草莓参考基因组 Edger et al 2019 利用 HISAT2 软件对转录本进行比对回帖分 析 随后 stringtie 软件被用来计算各个基因在花瓣各时期的表达量 FPKM 利用 DESeq2 软件进 行差异基因分析 结合 KEGG Nr Pfam 等数据库注释鉴定并筛选 莓红 草莓花瓣发育过程中与 花色苷含量相关的花色苷生物合成结构基因 基于 Pearson 系数 r 对差异表达的 R2R3 MYB 与花 色苷含量和花色苷生物合成结构基因表达量进行相关性分析 筛选出调控 莓红 草莓花瓣花色苷 合成的 R2R3 MYB 转录因子基因 1 4 R2R3 MYB 蛋白序列系统发育树分析和结构分析 从 TAIR 数据库 https www arabidopsis org index jsp 下载 9 个拟南芥花色苷合成相关 R2R3 MYB 蛋白序列 从 NCBI 上下载 28 个其他蔷薇科物种花色苷合成相关 R2R3 MYB 蛋白 序列 采用 MEGA 7 0 用邻接法 Bootstrap 值设为 1 000 次 进行系统发育树分析 用 MEME 网站 http meme suite org index html 分析蛋白氨基酸序列保守基序 1 5 qRT PCR 分析 使用 Trizol 试剂盒 Invitrogen Carlsbad CA USA 提取不同发育时期 S1 S2 S3 和 S6 花瓣 RNA 每个时期 3 个重复共 12 个样本 使用天根 FastKing gDNA Dispelling RT SuperMix 试剂 洪燕红 叶清华 李泽坤 王 威 谢 倩 陈清西 陈建清 红花草莓 莓红 花瓣花色苷积累及其 MYB 基因的表达分析 园艺学报 2021 48 8 1470 1484 1473 盒反转录 采用 Oligo 7 设计引物 引物序列见表 1 以 FaUBC10 为内参基因 Lin Wang et al 2014 引物合成由福州尚亚生物技术有限公司完成 采用全式金 2 Easy Taq PCR SuperMix dye 试剂盒进行 PCR 反应 鉴定引物特异性 PCR 反应程序为 94 5 min 94 30 s 55 30 s 72 1 min 35 个循环 72 10 min 以 12 个样本 cDNA 为模板进行目标基因 qRT PCR 反应 采用天根 Real Universal Color PreMix SYBR Green 荧光定量试剂盒进行 反应体系为 20 L 参 照说明书 其中 cDNA 为 1 L 反应程序 两步法 为 95 15 min 95 10 s 60 20 s 40 个循环 测定仪器为 Roche 实时荧光定量 PCR 仪 LightCycler 96 每个样品重复 3 次 用 2 Ct 法 Livak Schmittgen 2001 计算基因相对表达量 表 1 引物序列 Table 1 Primer sequences 基因名称 Gene Name 基因 ID Gene ID 引物序列 5 3 Primer sequences FaMYB82 maker Fvb6 4 augustus gene 249 24 F ATCGTTAGAGGCAACATTACCG R TCGCAGCTTCCTCTTTACGAA FaMYB6 maker Fvb5 1 augustus gene 245 45 F AGACCAACGCCTCATCGACT R CTCCCCGCAATCAAAGACCAC FaMYB90 maker Fvb6 3 snap gene 424 65 F AACTACCTTCGGCCAAACATC R TCCAGTAGTTCTTCACATCATTACC FaPAL maker Fvb6 2 augustus gene 174 36 F CGCCCCAATTCTAAGTCCGTT R CAGAGCCAACAGCAGTACCAT Fa4CL 1 maker Fvb5 2 snap gene 144 44 F AGTTCAGACCCTTCCTCATGT R CTAGCTGGAGGCAAAAAGGAT Fa4CL 2 maker Fvb5 3 augustus gene 134 28 F GCTGTGTTGATTTCGCATCCT R GCTTCCTAACCACAAATGCCACT FaF3H 1 maker Fvb1 3 augustus gene 64 31 F CATCCACCCCAAGCTCAT R CAATCCTGCACTGCCTCT FaF3H 2 maker Fvb1 4 augustus gene 56 40 F GCATCGACCCCAAGCTCAT R CCAATCCTGCACCGCTTCT FaDFR maker Fvb2 4 snap gene 258 87 F CACGCCTATGGATTTCGAGT R AGACCTCCTTTCGATGCTCT FaANS maker Fvb5 3 augustus gene 266 54 F TCATGCACATAGGCGACACC R CAGAAAACCGCCCACGAGAT Fa3GT maker Fvb7 1 augustus gene 319 41 F CGCTCTTTTCACGTATGCTT R CTTGCTGGTGGTTCTAGTAGGT Fa3 5GT maker Fvb7 2 snap gene 316 69 F CCACACCTCCGATCTTCACC R CGTACCACCCACAAGAACCT FaUBC10 内参 Reference gene maker Fvb5 2 augustus gene 25 49 F TGCCCTGACCATATCGAAGG R CTTGCGGTGGTCTCATACTT 1 6 数据处理 所有的试验数据是至少 3 个独立生物学重复的平均值 数据利用 SPSS 软件分析 差异统计比 较利用 ANOVA 统计方法对多重数据进行显著性分析 用 Adobe Fireworks CS4 GraphPad Prism 7 0 进行绘图 2 结果与分析 2 1 红花草莓 莓红 和白花草莓 蒙特瑞 不同发育时期花瓣的花色苷含量 如图 2 所示 莓红 草莓花瓣中花色苷总含量总体呈先升后降趋势 S1 时期花瓣花色苷总含 Hong Yanhong Ye Qinghua Li Zekun Wang Wei Xie Qian Chen Qingxi Chen Jianqing Accumulation of anthocyanins in red flowered strawberry Meihong petals and expression analysis of MYB gene 1474 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 8 1470 1484 量基本为 0 S6 时期最高 是 S1 时期的 94 07 倍 S7 时期急剧下降 比 S6 降低了 41 33 这表 明 莓红 草莓在花苞到花瓣半展状态时花瓣中花色苷含量不断积累 完全展开时花色苷降解 含 量降低 而白花草莓 蒙特瑞 花瓣在不同发育时期均几乎检测不出花色苷 说明 蒙特瑞 草莓 花瓣发育期无明显花色苷积累 图 2 红花草莓 莓红 和白花草莓 蒙特瑞 不同发育时期花瓣的花色苷总含量 Fig 2 Total anthocyanin content in petals of red flowered strawberry Meihong and white flowered strawberry Monterey at different developmental stages P 0 01 2 2 花色苷合成结构基因鉴定及表达分析 选取花色苷含量显著变化时期 S1 S2 S3 和 S6 的花瓣进行转录组数据库构建 基于 KEGG 注释结果 鉴定出 110 个与花色苷合成途径 包含修饰和转运 相关的差异表达结构基因 筛除低 表达丰度的基因 FPKM 10 经 Z score 标准化 Fig 3 Expression analysis of Structural genes related to anthocyanin synthesis in Meihong strawberry petals FPKM 10 standardized by Z score Hong Yanhong Ye Qinghua Li Zekun Wang Wei Xie Qian Chen Qingxi Chen Jianqing Accumulation of anthocyanins in red flowered strawberry Meihong petals and expression analysis of MYB gene 1476 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 8 1470 1484 图 4 莓红 草莓花瓣 MYB 基因数 类型统计 Fig 4 Statistics on the number and types of MYB genes in Meihong strawberry petals 筛除低表达丰度的基因 FPKM 0 60 P 0 80 P 0 01 而显著下调表达的 15 个 R2R3 MYB 中有 6 个与花色苷含量之间呈极显著强负相关 r 0 80 P 10 和其与花色苷含量间相关性 r 0 85 筛选了 3 个 R2R3 MYB 转录因子 即 FaMYB82 FaMYB6 和 FaMYB90 将其蛋白序列与拟南芥和其他蔷 薇科植物中与花色苷合成相关的 R2R3 MYB 转录因子构建系统发育树 并分析保守结构域 结果 图 6 发现 FaMYB90 与 AtMYB75 AtMYB90 和 AtMYB113 等 Wang et al 2010 2019 同聚在 H 大簇中 与 RhMYB10 和 PpMYB9 聚在一小簇中 从其保守基序可以看到 FaMYB90 和 RhMYB10 蛋白上皆具有 Motif 1 Motif 2 Motif 8 和 Motif 9 且出现顺序一致 FaMYB82 与 AtMYB11 AtMYB12 和 AtMYB111 同聚在 F 簇中 但从保守基序上看 FaMYB82 只具有 Motif 2 与同簇的 其他 3 个蛋白差异较大 FaMYB6 则与 PpMYB17 PpMYB18 PpMYB19 PpMYB20 和 PbMYB3 聚在 C 大簇中 可以看到 C 大簇中的 MYB 蛋白都具有 Motif 10 Motif 3 Motif 1 Motif 2 和 Motif 9 且出现顺序皆一致 表明这 3 个差异 R2R3 MYB 转录因子可能具有调控花色苷生物合成的功能 2 5 花色苷合成相关差异基因 qRT PCR 分析 基于基因表达量 FPKM 10 和其与花色苷含量的相关性 r 0 85 筛选了 3 个 R2R3 MYB 基因 FaMYB82 FaMYB6 和 FaMYB90 和 9 个差异结构基因 FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaF3H 1 FaF3H 2 FaDFR FaANS Fa3GT 和 Fa3 5GT qRT PCR 分析 图 7 发现 这些基因相对表 达量变化趋势均与转录组中基因表达量 FPKM 变化趋势一致 其中 FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 洪燕红 叶清华 李泽坤 王 威 谢 倩 陈清西 陈建清 红花草莓 莓红 花瓣花色苷积累及其 MYB 基因的表达分析 园艺学报 2021 48 8 1470 1484 1477 FaDFR Fa3GT FaMYB6 和 FaMYB90 在花瓣由白变红 S1 至 S6 发育过程中 相对表达量均逐 渐升高 S6 时期的相对表达量显著高于 S1 图 5 莓红 草莓花瓣差异 R2R3 MYB 基因表达量 A FPKM 10 经 Z score 标准化 及其与 花色苷含量的 Pearson 相关性 r 分析 B Fig 5 Expression analysis of differential R2R3 MYB genes A FPKM 10 standardized by Z score and Pearson correlation analysis between differential R2R3 MYB genes and anthocyanin content B in Meihong strawberry petals Hong Yanhong Ye Qinghua Li Zekun Wang Wei Xie Qian Chen Qingxi Chen Jianqing Accumulation of anthocyanins in red flowered strawberry Meihong petals and expression analysis of MYB gene 1478 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 8 1470 1484 图 6 R2R3 MYB 转录因子的进化树和保守基序分析 分支上数值为邻接法 1 000 次 Bootstrap 检验的自引导值 Fig 6 Phylogenetic tree and conserved motif analysis of R2R3 MYB transcription factor The branch values were self guided values of Bootstrap test for 1 000 times by neighbor joining FaF3H 1 FaF3H 2 FaANS 和 Fa3 5GT 基因相对表达量均呈现先升后降趋势 S3 显著高于其 他 3 个发育时期 FaMYB82 相对表达量变化趋势则与花色苷含量变化趋势相反 随着花瓣颜色的加 深 相对表达量逐渐降低 说明在 莓红 花瓣转色前后 大部分结构基因上调表达 FaMYB6 和 FaMYB90 可能对花色苷的积累起正调控作用 而 FaMYB82 则可能起负调控作用 洪燕红 叶清华 李泽坤 王 威 谢 倩 陈清西 陈建清 红花草莓 莓红 花瓣花色苷积累及其 MYB 基因的表达分析 园艺学报 2021 48 8 1470 1484 1479 图 7 花色苷合成相关 9 个差异结构基因和 3 个 R2R3 MYB 基因的相对表达量 以数据最低表达量 即 S1 时期 Fa3GT 的表达量 作为参照数据进行数据相对量计算 Fig 7 Relative expression levels of nine differential structural genes and three R2R3 MYB genes related to anthocyanin synthesis The lowest expression level of the data the expression level of Fa3GT in S1 period was used as the reference data to calculate the relative amount of data Hong Yanhong Ye Qinghua Li Zekun Wang Wei Xie Qian Chen Qingxi Chen Jianqing Accumulation of anthocyanins in red flowered strawberry Meihong petals and expression analysis of MYB gene 1480 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 8 1470 1484 另外 将花瓣不同发育时期的 3 个 R2R3 MYB 基因相对表达量与花色苷含量进行线性关系分析 发现 FaMYB6 和 FaMYB90 与花色苷含量呈显著正相关性 R 2 分别为 0 9728 和 0 9284 图 8 图 8 3 个 R2R3 MYB 基因与花色苷含量的线性关系分析 Fig 8 Analysis of linear relationship between three R2R3 MYB genes and anthocyanin content 基于基因表达量 对 3 个 R2R3 MYB 基因与 9 个差异结构基因进行 Pearson 相关性分析 FaMYB90 与 FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaDFR 和 Fa3GT 极显著正相关 r 0 80 P 0 60 P 0 80 P 0 01 而与其他差异结构基因间的相关性则较弱 FaMYB82 与 FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaDFR 和 Fa3GT 均极显著负相关 r 0 80 P 0 01 表 2 这些结果显示 FaMYB6 和 FaMYB90 与花色苷合成呈正相关 表 2 3 个 R2R3 MYB 基因与 9 个结构基因的 Pearson 相关性分析 Table 2 Pearson correlation analysis between three R2R3 MYB genes and nine structural genes 基因名称 Gene name Pearson 系数 r FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaF3H 1 FaF3H 2 FaDFR FaANS Fa3GT Fa35GT FaMYB82 0 90 0 93 0 87 0 28 0 32 0 88 0 70 0 85 0 81 FaMYB6 0 61 0 54 0 58 0 27 0 20 0 62 0 30 0 56 0 86 FaMYB90 0 92 0 87 0 95 0 31 0 33 0 94 0 70 0 90 0 79 Note FaMYB82 maker Fvb6 4 augustus gene 249 24 FaMYB6 maker Fvb5 1 augustus gene 245 45 FaMYB90 maker Fvb6 3 snap gene 424 65 FaPAL maker Fvb6 2 augustus gene 174 36 Fa4CL 1 maker Fvb5 2 snap gene 144 44 Fa4CL 2 maker Fvb5 3 augustus gene 134 28 FaF3H 1 maker Fvb1 3 augustus gene 64 31 FaF3H 2 maker Fvb1 4 augustus gene 56 40 FaDFR maker Fvb2 4 snap gene 258 87 FaANS maker Fvb5 3 augustus gene 266 54 Fa3GT maker Fvb7 1 augustus gene 319 41 Fa3 5GT maker Fvb7 2 snap gene 316 69 洪燕红 叶清华 李泽坤 王 威 谢 倩 陈清西 陈建清 红花草莓 莓红 花瓣花色苷积累及其 MYB 基因的表达分析 园艺学报 2021 48 8 1470 1484 1481 为了进一步验证以上结论 检测筛选所得与草莓花瓣花色苷合成相关的结构基因和 MYB 基因 在白花草莓品种 蒙特瑞 花瓣发育过程中的表达模式 检测发现 白花品种 蒙特瑞 的花瓣在 发育过程中不积累花色苷 图 2 检测筛选得到调控花色苷合成途径结构基因 FaPAL Fa4CL 1 Fa4CL 2 FaF3H 1 FaF3H 2 FaDFR FaANS Fa3GT 和 Fa3 5GT 和 MYB 基因 FaMYB6 FaMYB82 和 FaMYB90 在白花草莓 蒙 特瑞 S1 S2 S3 S6 时期花瓣的表达模式 结果 图 9 显示所有基因的表达模式均与 莓红 差异显著 虽然白花草莓花瓣中花色苷合成途径的上游调控基因 FaPAL Fa4CL 1 和 Fa4CL 2 表达 模式还是逐渐上升 但是与红花草莓相比 上升幅度显著下降 白花草莓花瓣中的花色苷下游合成 基因 FaF3H 1 FaF3H 2 FaDFR FaANS Fa3GT 和 Fa3 5GT 表达量基本不变 甚至不表达 红 花草莓花瓣中筛选所得花色苷合成调控 R2R3 MYB 基因 FaMYB6 FaMYB82 和 FaMYB90 表达模式 在白花草莓花瓣中也显著不同 表达量在发育过程中没有显著改变 其中 FaMYB6 表达量很低 结 合以上结果 表明在红花草莓转录组筛选所得的基因确实涉及花色苷合成及其转录调控 Hong Yanhong Ye Qinghua Li Zekun Wang Wei Xie Qian Chen Qingxi Chen Jianqing Accumulation of anthocyanins in red flowered strawberry Meihong petals and expression analysis of MYB gene 1482 Acta Horticulturae Sinica 2021 48 8 1470 1484 图 9 候选花色苷合成相关基因在白花草莓 蒙特瑞 花瓣发育过程中的表达模式分析 以数据最低表达量 即 S1 时期 Fa3GT 的表达量作为参照数据进行数据相对量计算 Fig 9 Relative expression levels of nine structural genes and three R2R3 MYB genes related to anthocyanin synthesis in white flowered strawberry Monterey The lowest expression level of the data Fa3GT in S1 period was used as the reference data to calculate the relative amount of data 3 讨论 在本研究中 找到了参与红花草莓花色苷生物合成的结构基因 如 4CL F3H DFR ANS 和 3GT 等 且这些基因均具有两个以上成员 不同基因成员的表达模式并不完全一致 这说明 莓 红 草莓花瓣中花色苷合成的每一步可能是由多基因共同调控的 由于 莓红 草莓花瓣中的花色 苷是由无到有的 故集中于研究不同发育时期花色苷合成相关的差异基因 共筛选出 110 个与花色 苷合成途径相关的差异结构基因 包括与花色苷修饰和转运相关基因 可以发现大部分结构基因 在花的发育过程中表达量不断提高 说明在 莓红 草莓花瓣发育过程中 花色苷合成相关结构基 因的上调表达 使得花色苷得以大量合成积累 花色苷的生物合成除了受结构基因和环境因子的调控外 还受多种转录因子的共同调控 其中主要 包括 R2R3 MYB bHLH 和 WD40 等 目前已在多个植物中鉴定出多个与花色苷生物合成相关的 R2R3 MYB bHLH 和 WD40 等转录因子 An et al 2012 Zhao et al 2013 Schwinn et al 2014 Matus et al 2017 Meng et al 2020 本研究中发现有 14 个显著上调的 R2R3 MYB 与花色苷含量间 呈极显著极强正相关 6 个显著下调的 R2R3 MYB 与花色苷含量间呈极显著极强负相关 对选择的 3 洪燕红 叶清华 李泽坤 王 威 谢 倩 陈清西 陈建清 红花草莓 莓红 花瓣花色苷积累及其 MYB 基因的表达分析 园艺学报 2021 48 8 1470 1484 1483 个 R2R3 MYB 转录因子 FaMYB90 FaMYB6 和 FaMYB82 进行系统发育树分析 发现 3 个 R2R3 MYB 均分别与已报道的其他植物中与花色苷合成相关的 R2R3 MYB 转录因子如 RhMYB10 Raymond et al 2018 AtMYB12 Wang et al 2016 和 PpMYB20 Zhou et al 2016 等聚集在一起