磷信号参与调控花青素合成分子机理的研究

Anthocyanins, a class of flavonoids, are recognized for their diverse functions in plant development and beneficial effects on human health. The biosynthesis of anthocyanins was controlled by a MYB/bHLH/WD40 transcriptional complex (MBW), which is highly conserved in higher plants. Pi is known as the most important available form of phosphorus for plants, and the interaction between transcription factor PHR1 and negative regulator SPX proteins are the core members involved in phosphate signal pathway. Our previous work suggested that the phosphate starvation could induce the expression of anthocyanin biosynthesis genes and increase the final products. Furthermore, we have verified that the member of SPX proteins can interact with PAP1 (the key component of MBW complex), and its over-expression inhibited the expression of anthocyanin biosynthesis genes. All these implied that the phosphate signal play an important part in anthocyanin biosynthesis. It is meaningful to make a link between plant nutrition cues and the accumulation of secondary metabolites. Also it will be helpful to understand the regulatory mechanism of anthocyanin biosynthesis and provide new approaches to improve crop quality in the future.

花青素属于类黄酮类化合物，在植物生长发育过程中发挥着多种功能，并有益于人体健康。花青素合成受到MYB、bHLH和WD40形成的转录复合体（MBW）调控，这一调控模式在高等植物中高度保守。无机磷是植物所需的主要磷营养元素来源，转录因子PHR1和负调控因子SPX蛋白的互作是实现磷信号响应的核心成员。植物缺磷时呈现出花青素过度积累的表型，但其潜在的分子机理还有待进一步的研究。我们已有的研究结果表明缺磷诱导花青素合成途径中合成酶基因的表达，促进花青素的积累。并发现SPX蛋白可与MBW中的PAP1的直接结合，过量表达该SPX基因，则可抑制花青素合成基因的表达。这都说明磷信号途径调控因子可参与花青素的合成和积累。本项目将通过分子生物学、生化等手段研究磷信号调控因子影响花青素合成的机理，将植物营养与次生代谢物的积累联系起来，有利于我们深入了解植物次生代谢途径调控的复杂性，也为今后作物品质改良提供思路。

花青素属于类黄酮类化合物，在植物生长发育过程中发挥着多种功能，并有益于人体健康 。花青素合成受到MYB、bHLH和WD40三类转录因子形成的复合体（MBW）调控，这一调控模式在高等植物中高度保守。无机磷是植物所需的主要磷营养元素来源，转录因子PHR1和负调控因子SPX蛋白的互作是实现磷信号响应的核心成员。植物缺磷时呈现出花青素过度积累的表型，但其潜在的分子机理还有待进一步的深入研究。已有的研究表明拟南芥phr1突变体的花青素合成基因的表达和最终产物的积累不再响应磷饥饿胁迫。在此基础上，我们构建了phr1spx4双突变体，发现与phr1单突变体不同，phr1spx4双突变体能够部分响应缺磷对花青素合成的影响。这暗示了，磷信号对花青素的合成有依赖于PHR1的途径和不依赖于PHR1的途径。我们的研究表明结合一系列的分子生物学实验和遗传学验证手段，进一步解析了SPX4-PAP1互作在响应磷饥饿过程中调控花青素合成的分子机制。即在正常磷供给时，SPX4/SPX1/SPX2可以结合PAP1和TT8上的P1BS保守序列，降低花青素合成转录调控复合体MBW成员的转录水平，同时，SPX4通过竞争结合PAP1，进一步影响MBW转录复合体的形成，从而时植物的花青素的合成维持在比较低的水平。相反地，在磷饥饿时，SPX1/SPX2/SPX4释放PHR1，激活PAP1和TT8的转录，同时，SPX4释放PAP1，从转录水平和蛋白水平，同时促进MBW复合体的形成，最终促进花青素的合成，使植物地上部分在缺磷时表现为紫红色。在本项目的实施过程中，我们还分离和初步鉴定了茶树磷信号关键转录因子CsPHR1。同时，还研究了OsPHR2通过直接结合OsMYC2基因的启动子，激活茉莉酸信号，从而影响水稻白叶枯病抗性。本研究将植物营养与次生代谢物的积累联系起来,有利于我们深入了解植物次生代谢途径调控的复杂性，也为今后作物 品质改良提供重要思路。