万寿菊自交系V-01M花色突变的转录调控机制研究

Marigold is both a source of lutein and a model system for the study of regulation of carotenoid accumulation in plants, and carotenoid content determines color of its petals. Marigold inhred line V-01M with yellow petals was originated from V-01 which has orange petals, and the mechanism of mutation from orange to yellow is unclear. In this study, based on V-01, V-01M, S121AB and their F1 hybrid, different genes were screened from the related materials. By real-time PCR and HFLC, correlation between expression of certain genes and carotenoid content was analyzed to obtain related functional genes. Over-expression and gene silence of the target gene in marigold were made to confirm the role of those key genes in regulating carotenoid accumulation in marigold. This study will clone the key gene regulating flower color, provide a gene for related trait modification and deepen our understanding of .the knowledge of carotenoid accumulation in plants

万寿菊是重要的叶黄素来源和类胡萝卜素积累调控研究系统，其花色主要取决于花瓣内叶黄素含量。万寿菊黄色花瓣自交系V-01M来源于橘红色自交系V-01的自然突变，其花色突变的转录调控机理尚不明确。本研究利用V-01和V-01M以及雄性不育系S121AB及杂交F1为材料，采用转录组测序技术，初步筛选调控万寿菊类胡萝卜素合成的相关功能基因，通过荧光定量PCR和高效液相色谱分析候选基因表达与类胡萝卜素含量的相关性，确定调控花色突变的关键基因。通过在万寿菊中过量表达和沉默手段，分析目标基因功能，阐述其参与类胡萝卜素积累的分子调控网络。本项目的实施将克隆万寿菊花色调控关键基因，加深人们对植物类胡萝卜素积累调控机制的认识。

万寿菊（Tagetes erecta L.）是一类重要的天然类胡萝卜素来源植物和观赏作物，是理想的类胡萝卜素代谢调控机制研究系统，其花瓣呈色与类胡萝卜素种类组成和含量存在显著相关性。根据国外研究报道，类胡萝卜素含量决定了花瓣的白-淡黄-黄-金黄-橘红的系列变化，但万寿菊类胡萝卜累积的代谢调控机制尚不明确。.本项目以橘红色自交系V-01和其突变黄色自交系V-01M为试材，采用了靶向代谢组学，分析了2类花瓣内主要类胡萝卜素种类和含量，证明胡萝卜素、叶黄素和玉米黄质的含量和比例是决定花瓣呈色的关键因素。.采用转录组测序，结合靶向代谢组学，筛选到了与类胡萝卜合成相关结构基因PSY和CCS；与类胡萝卜素降解相关的基因NCED；通过基因时空表达模式与色素动态变化，阐述了自交系V-01M花色突变的原因。.通过基因共表达分析，筛选和克隆了编码PSY、TeMYB和bHLH蛋白的全长基因，通过亚细胞定位观察到PSY定位在质体，MYB主要分布在细胞核和细胞膜。酵母单杂交和GUS活性检测，MYB和bHLH均具备转录激活功能；酵母双杂交和双分子荧光互补实验证明，MYB和bHLH存在互作关系。拟南芥中分别过量表达MYB和bHLH发现，过量表达MYB可以激活AtPSY，而在同时过量表达MYB和bHLH，其激活能力增强，同时，拟南芥花器官中类胡萝卜素含量显著上升。.综上所述，实验阐述了自交系V-01M和 V-01花瓣呈色差异的原因，筛选到万寿菊类胡萝卜素合成关键结构基因PSY和调控因子MYB、bHLH，并证明了后两者存在互作，促进拟南芥花器官中类胡萝卜素合成，推测在万寿菊中可能存在类似的调控模式；同时，实验开展了分子标记辅助育种，为万寿菊花色育种提供了理论和技术支持。.采用基因沉默技术，在万寿菊中沉默MYB，详细的功能验证和调控机制仍有侍进一步研究。.