西北農(nóng)林科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)解析紫心大白菜花青素合成的分子機(jī)制

7月1日，《Horticulture Research》在線發(fā)表了西北農(nóng)林科技大學(xué)張魯剛教授團(tuán)隊(duì)題為The novel geneBrMYB2, located on chromosome A07, with a short intron 1 controls the purple-head trait of Chinese cabbage (Brassica rapaL.) 的研究論文。

該論文以團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)制的紫心大白菜新種質(zhì)為材料，基于前期對(duì)其花青素的積累特性、連鎖分析等相關(guān)研究，采用精細(xì)定位、圖位克隆等方法首次將控制紫心大白菜花青素合成和積累的顯性關(guān)鍵基因BrPur定位在A07染色體47.91 KB區(qū)間，在定位區(qū)間確定一個(gè)編碼R2R3-MYB型的調(diào)節(jié)因子為候選基因，并命名為BrMYB2。進(jìn)一步克隆了gBrMYB2（1 665 bp）和cBrMYB2（744 bp）及其啟動(dòng)子，對(duì)BrMYB2基因的序列進(jìn)行遺傳變異分析發(fā)現(xiàn)：紫心大白菜的cBrMYB2和gBrMYB2同紫色供體紫菜薹親本BrMYB2的CDS和gDNA序列完全一致，而結(jié)球性供體普通大白菜的cBrmyb2存在2個(gè)點(diǎn)突變，其gBrmyb2的序列長(zhǎng)達(dá)5 441 bp，在第一內(nèi)含子上存在一個(gè)長(zhǎng)達(dá)3 772 bp的插入；紫心大白菜的BrMYB2和普通大白菜Brmyb2的啟動(dòng)子存在多處變異。首先通過不同長(zhǎng)度啟動(dòng)子＋GUS載體轉(zhuǎn)化煙草表明啟動(dòng)子序列的差異沒有影響其啟動(dòng)功能，進(jìn)一步通過CDS和gDNA轉(zhuǎn)化擬南芥證明紫心大白菜BrMYB2基因外顯子上的點(diǎn)突變并不能導(dǎo)致該基因功能的喪失，然而BrMYB2基因第一個(gè)短內(nèi)含子（short intron 1）促進(jìn)BrMYB2表達(dá)，而普通大白菜Brmyb2基因第一個(gè)長(zhǎng)內(nèi)含子（long intron 1）抑制了Brmyb2的表達(dá)。花青素合成相關(guān)基因表達(dá)分析表明紫心大白菜中BrMYB2的高表達(dá)激活了花青素的合成途徑，促進(jìn)了花青素合成相關(guān)基因的表達(dá)，最終導(dǎo)致大白菜葉球中花青素的積累從而形成紫心葉球。

本研究首次確定了控制紫心大白菜的關(guān)鍵基因BrMYB2，證實(shí)了BrMYB2基因第一個(gè)短內(nèi)含子調(diào)控BrMYB2表達(dá)的作用，提出了紫心大白菜花青素積累的分子機(jī)制。該結(jié)果提出了BrMYB2表達(dá)調(diào)控新途徑，不僅豐富了植物花青素合成的代謝理論，也為十字花科紫色蔬菜的種質(zhì)創(chuàng)新和遺傳改良提供了重要的參考。