[发明专利]促进植物器官产生花青素的色泽基因ZjFAS2及其应用

说明书

本发明公开了一种促进植物器官产生花青素的色泽基因ZjFAS2基因及其应用。该基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。同源瞬时转化白熟期枣果实时，果皮由浅绿色变为红色；异源转化烟草时，烟草花瓣中花青素含量显著性提高。本发明首次克隆的ZjFAS2基因与其编码的蛋白，促进果实和花瓣的花青素积累，本发明对于丰富现有花青生物合成途径的调控网络、解析枣果实色泽形成分子调控机理、改良枣果实的品质等具有重要的意义。

技术领域

本发明属于农业生物技术领域，具体涉及一种促进植物器官产生花青素的色泽基因ZjFAS2及其应用。

背景技术

叶绿素、类胡萝卜素和类黄酮类色素是决定果实颜色的三大类植物色素，果皮的颜色是各类色素综合作用的结果。花青素属于类黄酮类物质，在自然状态下，花青素在植物体内常以糖苷的形式存在，由于糖的种类、数量和结合位置的不同形成各式各样的花色苷。

花青素合成起始于苯丙氨酸代谢途径(Phenylpropanoid pathway)，在苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine Ammonia Lyase,PAL)、肉桂酸-4-羟化酶(Cinnamate 4-hydroxylase，C4H)、4-香豆醇辅酶A连接酶(4-coumaryol CoA ligase,4CL)的作用下生成对-香豆酰辅酶A(p-Coumaroyl CoA)。对-香豆酰辅酶A在查尔酮合酶(Chalcone Synthase,CHS)和查尔酮异构酶(Chalcone Isomerise,CHI)的作用下合成黄烷酮柚皮素(Naringenin)。黄烷酮柚皮素在黄烷酮-3-羟化酶(Flavanone 3-hydroxylase,F3H)/黄烷酮-3’-羟化酶(Flavanone-3’-hydroxylase,F3’H)/黄烷酮-3’5’-羟化酶(Flavanone-3’5’-hydroxylase,F3’5’H)，二氢黄酮醇-4-还原酶(Dihydroflavonol 4-reductase,DFR)和花青素合成酶(Anthocyanin Synthase,ANS)的作用下合成花青素(Anthocyanidins)。随后，经过一系列的糖基化、甲基化、酰基化修饰后形成稳定的花青素苷(Anthocyanins)。最后由液泡转运蛋白将花青素苷转运到液泡中储存。

R2R3-MYB转录因子、bHLH转录因子和WD40蛋白是花青素合成的主要调控因子。MYB、bHLH转录因子可结合在花青素合成酶的启动子上激活花青素合成基因的活性。WD40蛋白为转录因子MYB、bHLH相互作用提供支架平台，并促进MYB、bHLH转录因子的活性。MBW复合体(MYB-bHLH-WD40,MBW complex)通过调控合成酶基因的转录水平影响花青素在植物不同发育时期、不同组织的积累。目前，有关花青素调控机理的研究主要集中在MYB和bHLH转录因子的研究，而有关WD40蛋白的研究较少。

WD40蛋白是指具有WD40结构域的一类蛋白质。典型的WD40结构域由多个WD40重复序列组成，每个重复序列由40-60个氨基酸组成，N端以甘氨酸-组氨酸开始，C端以色氨酸-天冬氨酸终止。WD40蛋白广泛存在于真核生物中，在多种细胞功能中发挥了重要作用，例如免疫反应、染色质重塑、细胞壁形成、转录调控、蛋白酶体降解、细胞骨架组织等。目前，有关植物WD40蛋白调控花青素生物合成的研究主要涉及两类WD40蛋白。第一类是TTG1及其同源蛋白。在拟南芥中，TTG1蛋白与MYB转录因子(PAP1/2、GL1、MYB5、MYB75、MYB113/114)、bHLH转录因子(GL3、EGL3、TT8)相互作用形成MBW复合物，进而激活花青素生物合成途径。矮牵牛(AN11蛋白)、玉米(PAC1蛋白)、紫苏(PFWD蛋白)、葡萄(WDR1/2蛋白)等植物中的TTG1同源蛋白展现出相似的调控模式。第二类是COP1及其同源蛋白。COP1是光诱导植物生长发育的关键调控因子，通过与上游光受体蛋白(CRYs、PHYs和UVR8)和下游目标蛋白(HY5、MYB)相互作用调节植物花青素的积累。