【Front Plant Sci】BrMYB2调控大白菜和拟南芥发育过程中花青素生物的合成机制
文章信息
题目：Dynamic Changes of the Anthocyanin Biosynthesis Mechanism During the Development of Heading Chinese Cabbage (Brassica rapa L.) and Arabidopsis Under the Control of BrMYB2
刊名：
作者：Qiong He, Lugang Zhang et al.
单位：Northwest A&F University
日期：23 December 2020
01
摘要
大白菜是主要种植在亚洲国家的重要蔬菜，芸苔属紫色形成的分子机制作物是研究热点。尤其是紫穗大白菜的花青素积累特征，以及植物的生长和发育，在很大程度上仍是未知的。为阐明大白菜发育过程中花青素生物合成的动态机制，本文研究了紫穗大白菜 11S91 及其育种过程中 86 个花青素生物合成基因的表达谱以及植物生长和菜心发育过程中相应的花青素积累特征。11S91 的花青素积累从早期开始增加，而紫色性状供体 95T2-5 在其整个植物发育过程中不断积累花青素。在 11S91 和 95T2-5 植物的生长过程中，BrMYB2的表达水平增加和BrTT8以及BrMYBL2.1、BrMYBL2.2和BrLBD39.1的降低，伴随着苯丙烷代谢基因BrPAL3.1和BrCHS、BrCHI、BrF3H、BrF3'H等一系列早期生物合成基因的显着持续上调。这些上调基因的动态表达谱与植物生长和叶顶端发育过程中的总花青素含量密切相关，并且在BrMYB2转基因拟南芥中也发现了结构基因的类似证据支持的结果。这组全面的结果为更好地了解花青素生物合成机制和未来培育新的紫色芸苔属蔬菜提供了新的证据。
02
技术路线
03
主要结果
3.1 大白菜花青素积累特征
与白色大白菜 94S17 幼苗的颜色外观相比，紫色大白菜 11S91 具有几乎相同的表型，除了叶柄呈极浅紫色（图 1A-K）。值得注意的是，11S91在其头部形成过程中开始积累花青素，遵循组织特异性模式：11S91的紫色主要出现在叶头形成早期到形成中期的内部，总花青素含量和内部抽穗叶色度下降（图 1N-U）。相比之下，这些紫色比例的总花青素含量和色度在11S91全株发育过程中远低于父本95T2-5；后者以持续增加的方式显着积累花青素，使其总花青素达到517.806 mg kg -1（图1S-U）。有趣的是，11S91 的总花青素含量极低，约为 10 mg kg –1。相比之下，白色 94S17 没有呈现紫色，在相同条件下无法在这些组织中积累花青素（图 1）。这些结果表明，94S17和11S91在其叶头发育过程中花青素积累机制发生了显着变化，而11S91与其紫色性状供体95T2-5之间的不同机制发生在20个DAS发育幼苗中。11S91紫色内抽穗叶遗传了紫色性状供体95T2-5的花青素积累特性，但幼苗表型主要从母本94S17获得。
3.2 几乎所有的 PMPGs 在大白菜的植株生长和叶头发育过程中均显着下调
大多数PMPGs在三种大白菜的幼苗生长和叶头发育过程中表现出相似的表达模式。几乎所有的BrPAL s、BrC4Hs 和Br4CLs 从子叶阶段以不同程度的高表达开始下调，到随后的发育极低表达，并在抽穗叶中继续下调（补充图 S1A-H）；这些基因表达降低的突出时间点主要发生在幼苗阶段（补充图S1）。相比之下，BrPAL3.1和BrC4H4的表达水平显示发育中的头部显着增加，BrPAL3.1的表达趋势与两条紫色线中这些头部组织的总花青素含量相似；然而，三个品系在植物生长中的BrC4H4表达程度相似（补充图 S1、S2）。然而， BrPAL2.1和BrPAL2.3在幼苗发育生长中的持续下降，在两条紫色系的发育头部组织中表现出更高的表达水平，分别约为60倍和6倍（补充图S1，S2A， -H )。值得注意的是，只有Br4CL2.1Br4CL s在紫色系中高度表达，在两个头部形成期间显示出相对较高的表达（补充图 S1，S2N-U）。这些结果表明，最初的苯丙素代谢途径是一个重要的生物学过程，这些PMPGs可能在大白菜发育过程中在子叶中发挥重要的生理基础供应作用；然而，只有BrPAL2.1、BrPAL2.3、BrC4H4和Br4CL2.1在具有组织特异性特征的紫色大白菜头部发育过程中的第一个苯丙烷代谢途径中活跃，而BrPAL3.1在紫色大白菜的整个发展过程中，这一途径占据了显着地位。
3.3 一些EBGs在植物生长过程中的表达波动和增加，在紫色大白菜的头部发育过程中高度上升
与 PMPG 不同，大多数 EBG 在植物生长和头部发育过程中表现出波浪状的表达增加模式（图 3）。从 10 DAS 到 40 DAS 幼苗，它们的表达水平交替升高和降低，之后它们在头部发育期间在内部抽穗组织中适度下调或略微上调；这些 EBG 包括BrCHS1、BrCHS2、BrCHS3、BrCHS4、BrCHI1、BrCHI2、BrCHI3、BrF3H3和BrFLS1.0（图 3）。例如，它们首先在 20 个 DAS 幼苗中上调，然后在 30 个 DAS 阶段下调，在 40 个 DAS 幼苗中再次上调，但在 50 DAS 头中部急剧下调，随后在 65 个 DAS 内头中上调（图 3）。有趣的是，这些 EBG 在头部形成阶段也高度表达，但在两个紫色大白菜中从内部组织到外部组织呈现下降趋势（补充图 S3）。但是，某些成员，例如BrCHS5、BrF3H2和BrFLS（但不是BrFLS1）参与黄酮醇生物合成在整个植物发育过程中显着下调（图 3和补充图 S3）。值得注意的是，只有BrF3H1和BrF3'H在植物发育过程中表现出不同的表达模式，因为它们在播种后直到头形成早期过程中逐渐上调，在头形成中期它们的表达略有下降（图 3IL )。综上所述，我们发现 EBGs 的表达特征比 PMPGs 更复杂，并且这些 EBGs 在大白菜植物生长和头部发育过程中表现出不连续的时空和组织特异性表达模式。
3.4 BrMYB2在植物发育过程中与花青素积累密切相关
BrMYB12.1和BrMYB12.2与AtMYB12高度同源，BrMYB111.1和BrMYB111.2与AtMYB111高度同源（图2）；同时，AtMYB12 和 AtMYB111 在激活 EBG 方面具有结构和功能相似性 ( Stracke et al., 2010 )。然而，在大白菜的生长发育过程中， BrMYB12.1、BrMYB12.2、BrMYB111.1和BrMYB111.2的表达模式彼此不同（图 5和补充图 S5A-D）。例如，BrMYB12.1和BrMYB12.2在 11S91的 20 DAS 幼苗中均被诱导和上调（图 5A、B）；然而，BrMYB12.1的表达在 65 DAS 阶段开始略有增加，而BrMYB111.2仅在 95T2-5 的 65 DAS 组织中显示出高诱导（图 5A，D）；与上述具有波浪状表达模式的 EBG 相似，BrMYB12.2和BrMYB111.1在这些发育过程中也相继上调和下调（图 5B，C）。
3.5 BrMYB2的引入激活了拟南芥花青素生物合成途径PMPGs、EBGs、LBGs基因上调
在我们最近发表的关于大白菜花青素生物合成机制的文章中，结合基于图谱克隆和共表达分析方法，将具有短内含子的 R2R3-MYB 调控基因BrMYB2确定为控制花青素积累的关键基因。在这里，我们研究了 54 个 ABGs 在相关BrMYB2转基因拟南芥中的表达模式。BrMYB2在转基因株系中的表达程度比46株高1.0~4.5倍，与野生型相比，这些转基因株系在65株DAS幼苗的茎、根、莲座叶柄基部呈现紫色。然而，在 WT拟南芥中未检测到BrMYB2表达（图 7A-I）。同时，我们还测量了这些受试转基因植物中的总花青素含量。WT拟南芥其地上部分表现出非紫色表型，花青素含量极低，为 5.97 mg Kg -1，同时BrMYB2表达可忽略不计，而转基因植物的花青素含量则各不相同（图 7I）。伴随着BrMYB2的高表达，我们发现关键的 R2R3-MYB 基因，如AtMYB11、AtMYB12和AtMYB111，主要针对拟南芥中的 EBG ，在部分转基因品系中也经历了轻微的诱导（图 7J-AB）。与此形成鲜明对比的是，一些参与 MBW 复合物形成的调控基因在这些品系中显着上调，包括 R2R3-MYB 基因AtPAP1、AtMYB113和AtMYB114，bHLH 基因AtTT8和AtEGL3，以及 WD40 基因AtTTG1（图7M-U )。值得注意的是，三个负调控基因AtMYBL2、AtLBD37和AtLBD39在部分BrMYB2过表达系中也被激活（图 7X-AB）。
04
总结
研究首次系统地证明了抽穗大白菜 11S91 中紫色形成和花青素大量积累的时间点发生在结穗早期，而紫色性状供体 95T2-5 的开始时间点在幼苗阶段。11S91中的花青素积累由相应的调控基因和结构基因激活，其表达水平在不同的发育过程中共同上调，但PMPGs、EBGs和一些调控基因可能选择性地发生反应参与该途径（图 12）。BrMYB2与BrTT8、BrMYBL2.1和_BrMYBL2.2似乎显着影响紫色大白菜11S91和95T2-5中花青素生物合成相关结构基因的表达；特别是，bHLH 和 R3-MYB 因子可能在头部颜色形成中具有特定的功能。此外，分析拟南芥的BrMYB2的分子机制也显示出结构基因的高度相似性，在花青素合成机制的运作方式上，调控基因仅存在细微差异。本研究为进一步研究紫色十字花科作物提供了有意义的基础。
05
原文获取
原文链接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.593766/full
END
06
广告
如果您以大白菜为研究对象，又没有适用于大白菜的遗传转化体系，那么欢迎点击文末“阅读原文”获取详细信息。
赛思基因（www.scientsgene.com）自主开发的大白菜遗传转化体系，可以高效、稳定、快速的得到非嵌合体的可遗传的转基因（或基因编辑）大白菜瓶苗，为您的基因功能验证和育种提供优质材料。
【Front Plant Sci】BrMYB2调控大白菜和拟南芥发育过程中花青素生物的合成机制相关推荐
- Frontiers | 北林邬荣领/何晓青-网络作图揭示拟南芥与叶际微生物组互作机制
网络作图揭示拟南芥与叶际微生物组互作机制 Disentangling leaf-microbiome interactions in Arabidopsis thaliana by network m ...
- 【Front Plant Sci】AcMYB1与AcbHLH1相互作用从而调节“银皇后”植物中的花青素生物合成
文章信息 题目:AcMYB1 Interacts With AcbHLH1 to Regulate Anthocyanin Biosynthesis in Aglaonema commutatum 刊 ...
- 中国科学：拟南芥二半萜类化合物调控根系微生物组
2019年5月10日关于王国栋组和白洋组二半萜化合物对微生物组调控的文章发表于<中国科学>,新闻稿如下: 中国科学:中科院遗传发育所揭示拟南芥二半萜对根系微生物组的调控机制 同一天由白洋组 ...
- SCLS：拟南芥二半萜类化合物调控根系微生物组
2019年5月10日关于王国栋组和白洋组二半萜化合物对微生物组调控的文章发表于<中国科学>,新闻稿如下: 中国科学:中科院遗传发育所揭示拟南芥二半萜对根系微生物组的调控机制 同一天由白洋组 ...
- SCLS：中科院遗传发育在拟南芥二半萜类化合物调控根系微生物组取得突破进展
文章目录 摘要 结果 拟南芥中进化出新的二半萜基因簇 图1. 十字花科中广泛共线性的TPS-GFPPS-P450基因簇 单个氨酸取代决定二半萜的特异性 图2. 十字花科植物二半萜特异的底物 拟南芥二半 ...
- ISME | 根内生真菌与来自拟南芥和大麦微生物群落协同有益作用
题目:The fungal root endophyte Serendipita vermifera displays inter-kingdom synergistic beneficial eff ...
- BBRC：DAP-seq解析拟南芥ABA-PIFs信号通路（2020年发表DAP-seq相关文章）
光敏色素互作因子(PIFs)广泛存在于苔藓到被子植物中,并在植物从暗形态建成到光形态建成的转化过程中发挥关键调控作用.PIFs直接与靶基因启动子区域的顺式作用元件结合,调控基因表达,或者与其它调控因子 ...
- Cell ：根部微生物跨界的互作促进拟南芥生存
文章目录 根部微生物跨界互作促进拟南芥存活 本文亮点 热心肠导读 概述 引言 结果 根相关微生物组合 图1 三个拟南芥群体的微生物群落结构 图S1 天然拟南芥群体的微生物群落简要介绍 根部微生物跨界联 ...
- HIFI测序揭示拟南芥MSH1参与介导的细胞器基因组重组与变异积累规律
近日,中国农业科学院农业基因组所武志强课题组在<The Plant Journal>在线发表了题为"Long-read sequencing characterizes mito ...
最新文章
- EqualLogic全攻略视频[（一）介绍]
- iReport工具的使用（三）
- linux查看文件和文件夹大小
- kakfa中的ISR解释
- Atcoder 084D - Small Multiple(最短路径+思维)
- 【JOURNAL】康生篆书联
- C# Winform用户体验整理【原】
- Samba服务器安装测试
- SpringAOP和AspectJ
- Leetcode 323.无向连通图中的连通分量个数
- bzoj 1010: [HNOI2008]玩具装箱toy
- 服务器的原理,服务器原理
- 干货流出｜腾讯内部几近满分的项目管理课程PPT
- 1.3 n-gram平滑算法：Good-Turning、拉普拉斯平滑
- 数据挖掘实例（航空公司客户价值分析）
- 1.（python）阿拉伯数字转中文大写
- 十万个seo_2020年将抛弃10个SEO神话
- 43.248.189.18 Steam游戏服务器搭建教程
- 计算2个GPS坐标的距离
- 【机器学习线性代数】17 利用SVD进行彩色图片压缩