葡萄风信子蓝色花青素呈色中酰化修饰基因的功能研究

Grape hyacinth blue petals predominantly contain unusually blue anthocyanins. Our previous study showed polyacylation might be important to the stabilization of and the imparting of bluer color to these anthocyanins. Previously, we constructed a transcriptome sequencing profiling and obtained the candidate genes responsible for acylation modification of anthocyanins. In this study, ①we will further identify the chemical structure of the anthocyanin and determine its modification in structure using MS; ②Combination with anthocyanin profiling and expression profiling of acylation modification genes, we will screen the key genes involved in blue anthocyanin modification; ③In vitro enzymatic reaction was used to analyze the substrate specificity of different acylation modification genes; ④ Acylation modification genes will be transfer into blue grape hyacinths via agrobacterium-mediated method to analyze their function in acetoxylation modification in anthocyanin. This study aimed to uncover the function of acylation modification genes in the anthocyanin modification, to provide a basis for understanding the mechanism of blue color formation in grape hyacinth.

葡萄风信子花瓣积累自然界中罕见的蓝色花青素。课题组前期研究发现聚酰化修饰在该色素呈色和稳定中有关键作用。本项目在建立葡萄风信子花瓣转录组并获得酰化修饰候选基因的基础上，拟从①利用质谱技术，进一步鉴定蓝色花青苷的酰化修饰结构；②结合色素物质代谢谱和实时定量分析，对不同花青素成分和酰化修饰基因表达水平进行动态关联分析，筛选控制葡萄风信子色素修饰的关键基因；③采用体外酶促反应研究不同酰化修饰基因对花青素底物的特异催化活性；④农杆菌介导法将酰化修饰基因片段导入蓝色葡萄风信子花瓣，研究下调这些基因对花青素修饰和呈色的影响。为揭示酰化修饰基因在葡萄风信子色素修饰中的功能和蓝色花呈色机理提供理论依据。

自然界中稀有的高饱和度蓝色花一直是科学界关注的焦点，也是育种工作者的重要目标。葡萄风信子是一种以蓝色著称的观赏球根花卉。花瓣积累自然界中罕见的蓝色花青素。课题组前期研究发现聚酰化修饰可能在其蓝色花色素呈色和稳定中发挥关键作用。本项目①利用色谱和质谱技术从8种葡萄风信子花瓣中鉴定出天竺葵素-3-O-咖啡酰基槐糖苷-5-O-阿拉伯糖苷，(矢车菊-3-O)-香豆酰葡萄糖苷-5-O-丙二酰葡萄糖苷等6种新的酰化花青素。此外，还从葡萄风信子品种中检测到高含量的甲基化花青素，说明葡萄风信子蓝色呈色除了积累聚酰化花青素，还涉及其他多种色素修饰机制。②在前期建立葡萄风信子花瓣转录组并获得聚酰化修饰候选基因的基础上，克隆了5条蓝色花青素合成与聚酰化修饰基因：二氢黄酮醇合成酶MaDFR、糖基转移酶MaGT1和3条酰基转移酶MaAAT1。结合色素物质代谢谱和实时定量分析，对不同花青素成分和酰化修饰基因表达水平进行动态关联分析，证明这些基因的转录表达模式与蓝色花色素积累具有较高相关性；③体外酶促反应表明MaGT1和MaDFR优先选择催化底物产生蓝色飞燕草类色素而非粉色矢车菊和红色天竺葵类色素；④在模式植物烟草中过表达这些基因，携带MaDFR的转基因烟草植株中总花青苷的含量相对对照显著增加，花冠由浅粉变为深红色。未检测到新的色素物质生成，可能是由于烟草中缺乏形成蓝色飞燕草类色素底物；⑤在本源植物中下调MaGT1使转基因葡萄风信子花瓣中总花青素和糖基/酰基化修饰花青素含量均显著减少，深蓝色花瓣变为粉紫色，证明该基因在葡萄风信子蓝色花青素修饰和呈色中发挥关键作用。本项目为揭示蓝色葡萄风信子色素修饰和呈色机理提供理论依据。 .