深紫色大白菜花青苷合成关键基因BraAn28的克隆和功能分析

Germplasm resources of Chinese cabbage are rich in China. But resources of deep purple coloration in adaxial and abaxial leaf, as well as blade are deficient limiting varieties breeding of rich anthocyanins and genes mining of anthocyanin biosynthesis in Chinese cabbage. Furthermore, the development of purple leaf coloration of Chinese cabbage varieties are slow. Cloning and functional analysis of key genes linked to anthocyanin biosynthesis of Chinese cabbage lag behind also. We found a Chinese cabbage material named 15NG28. It has deep purple leaf coloration in the whole leaves including adaxial and abaxial leaf, blade. Earlier studies show 15NG28 is a new germplasm different from other purple leaf materials reported. BraAn28 is key gene linked to anthocyanin biosynthesis in 15NG28. In this project, we will research species and contents of anthocyanins in 15NG28, inheritance of BraAn28 gene, map-based cloning of BraAn28 gene, and agrobacterium-mediated transformation to Arabidopsis and Chinese cabbage in order to test the function of BraAn28 gene. We will elucidate the molecular mechanism of BraAn28 gene regulation of anthocyanin biosynthesis and molecular model underlying deep purple leaf coloration formation in 15NG28. The accomplishment of this project will provide a theoretical basis and technical support for cloning and functional analysis of genes regulation of anthocyanin biosynthesis in B. rapa vegetables. It will accelerate resources innovation and help researchers breed B. rapa varieties of rich anthocyanins.

我国拥有丰富的大白菜种质资源，但是叶片的腹面、背面和叶柄全部为深紫色的大白菜种质匮乏，正严重制约我国深紫色大白菜品种选育和花青苷代谢途径关键基因挖掘，导致我国紫色大白菜产业发展缓慢，大白菜花青苷合成基因的克隆和功能验证滞后。申请人已获得叶片的腹背面、叶柄深紫色的大白菜15NG28。前期研究发现15NG28与已报道的紫色大白菜不同，是一份新型种质资源，BraAn28是控制15NG28花青苷合成的关键基因。本项目拟进一步测定15NG28花青苷组分和含量，研究BraAn28基因遗传规律，图位克隆BraAn28基因，构建重组表达载体，转化拟南芥和大白菜，验证BraAn28基因功能，最终阐明BraAn28调控花青苷合成的分子机理，揭示15NG28深紫色叶片形成的分子机制，研究结果为克隆和验证白菜类蔬菜花青苷代谢途径基因提供理论依据和技术支持，创制的深紫色材料有助于选育高花青苷含量的白菜类蔬菜新品种。

我国匮乏深紫色的大白菜种质，制约了大白菜花青苷代谢途径关键基因挖掘和功能验证，限制了紫色大白菜品种的选育。项目创制的深紫色大白菜为首次报道的A基因组附加B05基因组的异源单体附加系。纯合的深紫色大白菜染色体数为22条，虽然其遗传不符合经典的孟德尔规律，但是2个纯合的深紫色大白菜杂交后代的深紫色性状可以稳定遗传。目前，已获得纯合、稳定的深紫色大白菜材料10份，可以成功应用于深紫色大白菜育种；BjuB014115为控制深紫色大白菜紫色叶片的关键基因，该基因位于B05基因组上，为无色花青素双加氧酶LDOX，低温可以诱导该基因的高效表达。BjuB014115基因受A基因组的转录因子BrMYBL2、BrTT8和BrEGL3调控。同时，A基因组的ATF03转录因子也参与深紫色大白菜紫色性状的调控；项目首次组装完成深紫色白菜基因组，深紫色大白菜染色体01（Chr1）对应于黑芥的B05染色体（Chr05）；测定86份深紫色大白菜花青素和硫苷，矢车菊素（cyanindin）是深紫色大白菜的主要花青素成分，其中cyanidin-3,5,3’-O-triglucoside和cyanidin-3-O-(6-O-p-coumaroyl)-glucoside是两种主要的矢车菊素。同时，12℃以内的低温可以促进深紫色大白菜花青素的积累。建立了花青素和硫苷组分近红外光谱快速检测模型，适用于深紫色大白菜育种材料的快速筛选和鉴定。. 项目的成果为深入利用芸薹属种间杂交创制优异材料提供了借鉴，为进一步探究芸薹属A、B和C三个基本种间的关系奠定了基础。控制深紫色大白菜紫色性状的结构基因BjuB014115受A基因组的转录因子BrMYBL2、BrTT8和BrEGL3调控，揭示了结构基因和转录因子在大白菜花青素代谢途径的作用机理，为研究芸薹属蔬菜作物花青素代谢途径的作用机制提供了参考。. 项目发表 SCI 论文2篇，发表中文核心论文3篇，获得授权国家发明专利 2 项，培养研究生3名。