蓝光与UV-B复合协同效应诱导花青素合成的光信号转导

Plants exposed to UV exhibit protective responses including elevated anthocyanin biosynthesis. A tomato accession LA1996 with Anthocyanin fruit (Aft) gene accumulates anthocyanins in fruits. In our previous study, we found that anthocyanin accumulation in this fruits was induced only by co-irradiation with UV-B and blue but not by other wavelength lights including red, far-red, blue, UV-A or UVA+UV-B. UV-B + blue induction of anthocyanin biosynthesis is commonly observed in plants, but its signaling pathway is poorly understood. To understand this pathway, we constructed EMS mutated lines of LA1996, and screened for mutants that lost UV-B + blue induced anthocyanin accumulation. These mutants are expected to be defective in one of the components of UV-B + blue signaling pathway, or in aft genes. The purpose of this study is to identify the mutated genes of these mutants and find new key members of UV-B + blue signaling pathway that regulate anthocyanin biosynthesis.

Aft基因型番茄LA1996为紫色花青素积累品系，利用红光、远红光、蓝光、UV-A、UV-B、蓝光+UV-B及UV-A+UV-B等不同波长单色光及复合光照射果实，发现仅在蓝光+UV-B复合光照射时诱导果实花青素合成，表明番茄LA1996存在蓝光+UV-B协同效应诱导的光受体及信号因子参与调控。本研究以Aft基因型番茄LA1996野生型为试材，利用EMS诱导获得光照下无花青素合成的突变体，通过表型观测、基因表达检测、后代群体分离分析等多重筛选，筛选出稳定遗传的目标突变体，并与野生型回交构建BC1F2分离群体。通过突变表型群体的高通量测序分析、突变候选基因与突变性状的遗传连锁分析，确定目标突变基因，并对突变基因的功能预测分析。最终发现、分离介导蓝光+UV-B复合协同特异诱导花青素合成途径中的光受体与光信号转导因子，为明确新的蓝光+UV-B光信号调控花青素合成机制奠定基础。

Aft番茄（LA1996）为果皮有紫色花青素积累品系，利用蓝光、UV-A、UV-B、蓝光+UV-B及UV-A+UV-B等不同波长单色光及复合光照射果实，发现在蓝光+UV-B 复合光照射下果实的花青素合成具有增益效应，表明Aft番茄存在蓝光+UV-B 协同效应诱导的光受体及相关信号因子参与调控。为解析该途径的相关因子，我们利用EMS化学诱变的方式构建突变体库，并成功筛选到8个果皮无花青素合成的目标突变株系。将目标突变株系与野生型Aft番茄杂交后自交获得BC1F2代，通过遗传分析表明，其中有2个突变体株系的果皮花青素性状符合孟德尔遗传规律，由隐性单基因控制。利用第二代高通量测序技术结合Mutmap分析法对目标突变基因进行定位，随后设计CAPS 标记对BC1F2代突变型及野生型个体进行候选基因型与表型共分离验证，以确定目标突变基因。经验证突变体at3确认为SlANS发生提前终止的突变体，突变体at4确认为SlJAF13的P405L位氨基酸突变体。针对JAF13蛋白发生突变的at4突变体利用酵母双杂交、实时荧光定量 PCR、幼苗光处理等方法，初步分析JAF13蛋白突变导致其功能发生变化，初步阐释JAF13在番茄果皮中参与调控AN2-Like基因表达的功能，以及初步证明JAF13在幼苗下胚轴中参与远红光诱导花青素合成信号传导途径。此外，本研究分别在两方面对Aft番茄果皮花青素积累机理进行探究：其一，本研究利用不同光处理Aft番茄果皮进行转录组测序，发掘出蓝光+UV-B复合协同效应诱导硝酸还原酶基因表达导致Aft番茄果皮花青素积累的机制；其二，本研究利用Aft与果皮无花青素的MM番茄构建的F2代群体，进行表型、基因表达量及基因型共分离验证，初步证明AN2-Like基因的高量表达与Aft番茄果皮花青素积累呈正相关。本项目为分析蓝光+UV-B及远红光诱导花青素合成相关的光信号转导机制奠定了基础，为光诱导花青素合成理论及人为调节花青素合成提供科学依据。