棗(Ziziphus jujuba Mill.)為鼠李科棗屬植物,是原產(chǎn)我國的特有經(jīng)濟林樹種,其棗果皮紅色素屬于天然色素,具有豐富的酚類物質(zhì)及較高的營養(yǎng)價值,目前對棗果皮色素成分及其分子調(diào)控機制的研究尚不清楚。本研究以‘駿棗’和顏色突變體‘胎里紅’為試材,利用‘駿棗’基因組注釋信息以及代謝組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),對棗果皮花青苷的成分、生物合成及轉(zhuǎn)錄調(diào)控進行了系統(tǒng)的研究,為棗果皮天然色素及營養(yǎng)價值開發(fā)和利用提供了理論基礎。主要研究結(jié)果如下:1.棗果實發(fā)育成熟過程中,‘駿棗’幼果時期的綠色是葉綠素決定的,而‘胎里紅’的幼果時期的紅色主要是花青苷引起的,與類胡蘿卜素無關(guān)。棗果實成熟時期的紅色則是由黃酮類物質(zhì)、胡蘿卜素和少量的花青苷疊加作用引起的。代謝組測試,共鑒定出171種黃酮類物質(zhì),其中花青苷類化合物有13種,116種黃酮類物質(zhì)(黃酮醇、黃烷酮和異黃酮類)和42種苯丙烷素類化合物。代謝組、轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析,篩選獲得參與花青苷合成2個結(jié)構(gòu)基因(ZjANS和ZjUGT79B1)和8個轉(zhuǎn)錄因子(ZjMYB113、ZjMYB5、ZjGL3a、ZjGL3b、ZjTT8、ZjWDR1、ZjWDR2和ZjWDR3)。2.‘胎里紅’棗果皮中主要花青苷組分為芍藥素3,5-O葡萄糖苷和矢車菊素3-O蕓香糖苷,其次是矢車菊素。在棗果實發(fā)育過程中,花青苷的含量與ZjANS和ZjUGT79B1的表達模式具有較高的相關(guān)性,它們瞬時過表達可明顯提高果實的花青苷含量。酶促反應試驗顯示,ZjANS可以催化原花青素合成矢車菊素,而ZjUGT79B1可以識別UDP-鼠李糖苷,進而將矢車菊3-O葡萄糖苷糖基化后形成矢車菊素3-O蕓香糖苷。芍藥素3,5-O葡萄糖苷是棗果皮里含量最高的花青苷組分,研究篩選獲得一個甲基化修飾的基因ZjCCoAOMT,其可以將矢車菊素3,5-O葡萄糖苷催化形成芍藥素3,5-O葡萄糖苷。3.基于代謝組、轉(zhuǎn)錄組獲得8個候選轉(zhuǎn)錄因子(ZjMYB113、ZjMYB5、ZjGL3a、ZjGL3b、ZjTT8、ZjWDR1、ZjWDR2和ZjWDR3),根據(jù)其不同組織和不同發(fā)育階段的表達分析發(fā)現(xiàn),ZjMYB5、ZjTT8和ZjWDR3與棗果皮花青苷含量的變化趨勢相似。亞細胞定位結(jié)果顯示ZjMYB5和ZjTT8定位在細胞核中,而ZjWDR3不僅定位在細胞核還定位在細胞質(zhì)上。雙熒光素酶結(jié)果發(fā)現(xiàn),單獨注射轉(zhuǎn)錄因子ZjMYB5可以激活ZjANS和ZjUGT79B1啟動子的轉(zhuǎn)錄活性,ZjMYB5與ZjTT8協(xié)同表達可以明顯提高其對ZjANS和ZjUGT79B1啟動子的激活能力。添加ZjWDR3轉(zhuǎn)錄因子可以使增強效果更加明顯,且GUS報告基因瞬時轉(zhuǎn)化試驗與雙熒光素酶的結(jié)果一致。
【學位單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S665.1
【部分圖文】：

第一章 文獻綜述程在不同物種間高度保守�；ㄇ嘬蘸铣蛇^程中依次是由查爾酮合成酶（CHS）、異構(gòu)酶（CHI）、黃烷酮-3-羥化酶（F3H）、類黃酮 3’-5’-羧化酶（F3’5’H）、二氧 4-還原酶（DFR）、花色苷合成酶（ANS）和類黃酮糖基轉(zhuǎn)移酶（UFGT）催化(Petroni et al. 2011；Markovic 2007；Holton et al. 1995)。這一反應過程分為前后，前部分由 CHS、CHI、F3H 和 F3’5’H 組成，這部分是黃酮類物質(zhì)合成的公共途稱為花青苷合成的前期合成反應；而 DFR、ANS 和 UFGT 等步驟則是花青苷合有催化酶，這部分反應稱之為花青苷合成的后期合成反應。

圖 1-4 果實中花青素生物合成發(fā)育與調(diào)控模型(Jaakola 2013)。Figure 1-4 Model of anthocyanin biosynthesis development and regulation in fruits花青苷的合成調(diào)控過程是一個十分復雜的過程，包含了大量的結(jié)構(gòu)基因、非編碼RNA、轉(zhuǎn)錄因子等等，其中以轉(zhuǎn)錄因子的研究最為深入。經(jīng)試驗證明參與花青苷調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子主要有 MYB、bHLH 和 WD40，這三種轉(zhuǎn)錄因子通常以復合物的形式特異的結(jié)合目的基因上游啟動子中的順式作用元件以調(diào)控花青苷合成相關(guān)基因的時空表達(Hichri et al. 2011)。MBW 復合體一般調(diào)控花青苷的合成、轉(zhuǎn)運、修飾等結(jié)構(gòu)基因，使得花青苷在細胞質(zhì)內(nèi)合成修飾，并最終轉(zhuǎn)運至液泡中儲存(Hichri et al. 2011)。研究表明，PAP1（MYB75）-GL3/TT8（bHLH）-TTG1（WD40）復合體能夠促進擬南芥愈傷組織的花青苷合成(Zhou et al. 2012)。在葡萄果實發(fā)育過程中，MBW 復合體同樣被證明在調(diào)控花青苷合成方面發(fā)揮重要作用(Hichri et al. 2010)。MYB、bHLH 和 WD40 轉(zhuǎn)錄因子形成的復合物在很多物種中被證明共同調(diào)控花青苷的合成，例如，在蘋果、桃、草莓、葡萄、楊梅等物種中均發(fā)現(xiàn) MBW 復合體在花青苷合成代謝途徑中發(fā)揮積極的調(diào)控作用(Wu et al. 2014; Schaart et al. 2013; Zhang 2013; An et al. 2012)。另外，在楊梅果

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