花生黃烷酮3—羥化酶基因AhF3H的克隆和表達分析

摘 要：利用花生轉錄組測序結果和GenBank EST數據庫，首次從花生中克隆了黃烷酮3-羥化酶基因，命名為AhF3H，GenBank登錄號為KF312218。氨基酸序列分析表明，AhF3H與其他植物F3H有較高的同源性。進化樹分析表明，AhF3H與大豆、野生大豆F3H的親緣關系較近。在花生紫色種質材料及豐花1號中，AhF3H的相對表達水平同花青素含量呈正相關，表明AhF3H在花生花青素合成代謝過程中具有重要作用。

關鍵詞：花生；花青素；黃烷酮3-羥化酶；基因表達

中圖分類號：Q785 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2013）11-0001-06

花青素（Anthocyanin）又稱為花色素，是一種酚類色素，廣泛存在于植物中，尤其是花和果實中。其基本結構是3，5，7-三羥基-2-苯基苯并呋喃，即花色素基元。由于花色素基元中R1和R2取代基的不同，形成了各種各樣的花青素。植物中常見的花青素主要有6種，即天竺葵色素（Pelargonidin）、矢車菊色素（Cyanidin）、飛燕草色素（Delphindin）、芍藥色素（Peonidin）、牽牛花色素（Petunidin）和錦葵色素（Malvidin）[1]。由于花青素種類、含量以及生理條件的差異使植物呈現不同的體色或花色。此外，花青素作為一種天然植物色素，安全無毒副作用，并且具有重要的營養價值和藥用價值。

植物花青素生物合成途徑大致可以分為三個階段[2]。第一個階段苯丙氨酸經過一系列反應生成4-香豆酰CoA，由苯丙氨酸裂解酶（PAL）、肉桂酸羥化酶（C4H）和4-香豆酰CoA連接酶（4CL）依次催化，這一過程是許多植物次生代謝途徑所共有的；第二個階段4-香豆酰CoA和丙二酰CoA反應生成二氫黃酮醇，它是類黃酮代謝途徑的關鍵步驟，由查耳酮合酶（CHS）、查耳酮異構酶（CHI）和黃烷酮3-羥化酶（F3H）等催化；第三個階段是二氫黃酮醇生成各種花青素：首先，二氫黃酮醇還原酶（DFR）將二氫黃酮醇轉化成無色花青素，然后在花青素合成酶（ANS）的作用下經過氧化脫水形成花青素。花青素不穩定，最終經糖基化、甲基化、酰基化、羥基化等一系列修飾作用形成穩定的花青苷。

F3H能夠催化黃烷酮生成二氫黃酮醇，是植物花青素生物合成途徑中的一個關鍵酶。利用反義RNA技術抑制香石竹（Dianthus caryophyllus）F3H表達會使花色發生不同程度的改變，花瓣由橙色變成淡紅色、甚至白色[3]。在草莓（Fragaria vesca）中反義抑制F3H的表達則會阻斷花青素合成代謝，影響果實中花青素積累[4]。一些花色及果色突變體植物中F3H的表達水平受到一定程度的影響，表明F3H在花青素合成代謝過程中發揮重要作用[5，6]。藍莓（Vaccinium myrtillus）是一種花青素含量較為豐富的水果，在果實成熟過程中，花青素合成代謝相關結構基因CHS、F3H、DFR和ANS均大量表達，花青素含量急劇增加，果實由綠色經紅色變成黑紫色；而紅色和白色突變體果實中基本檢測不到CHS、F3H和ANS的表達[7]。目前，已經從多種植物中克隆了F3H基因，如金魚草（Antirrhinum majus）[5]、矮牽牛（Petunia hybrida）[8]、蘋果（Malus pumila）[9]、葡萄（Vitis vinifera）[10]、玉米（Zea mays）[11]、擬南芥（Arabidopsis thalian）[12]、紫蘇（Perilla frutescens）[13]等。本研究利用花生轉錄組測序結果以及GenBank EST數據庫首次克隆了花生F3H基因，并對其在花生紫色種質材料及豐花1號中的表達情況進行分析，以期為深入探討花生花青素積累的分子機理以及彩色花生分子育種奠定基礎。

1 材料和方法

11 試驗材料

12 試驗方法

24 花青素含量分析

花青素種類以及含量的差異通常會引起植物體色和花色不同。花生紫色種質材料莖、葉片和種皮均呈現紫色，幼苗期的莖和葉片尤為明顯，隨著植株的生長發育葉片紫色逐漸減弱；而豐花1號在整個生長發育周期中莖和葉片一直呈綠色。花青素測定結果顯示，花生紫色種質材料中的花青素含量顯著高于豐花1號（圖4）。

圖4 不同花生材料中花青素含量

3 討論

本試驗首次克隆了花生F3H基因，并分析了其在花生紫色種質材料及栽培品種豐花1號中的表達情況，結果顯示花生紫色種質材料中AhF3H的相對表達水平明顯高于豐花1號，與花青素含量呈正相關。

參 考 文 獻：

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