郁金香花色苷合成基因的克隆及其表达差异与花色变化的关系

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1、郁金香花色苷合成基因的克隆及其表达差异与花色变化的关系博士生：袁媛学号：0111509030导师：史益敏教授学科专业：园艺学学院：农业与生物学院上海交通大学2015年05月Ph.D.DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityCLONINGOFGENESRELATEDTOANTHOCYANINBIOSYNTHESISANDRELATIONSHIPBETWEENTHEIRDIFFERENTIALEXPRESSIONANDFLOWERCOLORMUTATIONINTULIPAuthor:YuanYuanAdvisor:Prof.Sh

2、iYiminSpecialty:HorticultureSchoolofAgricultureandbiologyShanghaiJiaoTongUniversity2015.05上海交通大学博士学位论文郁金香花色苷合成基因的克隆及其表达差异与花色变化的关系摘要郁金香（TulipaL.）为百合科郁金香属球根花卉，在园艺产业中占重要地位。花色是决定郁金香观赏价值的重要因素。花色苷为郁金香花瓣的主要色素，获取花色苷合成相关基因的信息对郁金香花色分子育种具有重要意义。郁金香品种Tulipafosteriana‘Albertheijn’（花瓣粉色）经多年芽变选育，获得新品种‘上农早霞’（花

3、瓣红色）和突变株系‘上农09’（花瓣浅红），花色为三者主要表型差异，然而，花色变化的生化和分子基础尚不清楚。本文首次从郁金香花瓣中克隆了花色苷合成相关的9个结构基因和6个转录因子的cDNA全长，并从总花色苷和黄酮醇含量、花色苷组分、花色苷合成相关基因的表达和调控等方面，对‘Albertheijn’、‘上农早霞’和‘上农09’进行了分析比较，探讨这些因素与‘上农早霞’和‘上农09’花色变化的关系。主要研究结果如下：1.‘Albertheijn’、‘上农早霞’和‘上农09’在花色、花瓣总花色苷和黄酮醇类物质含量，以及花色苷组分方面存在显著差异。利用英国皇家园艺学会比色卡（RHSCC）对

4、花色进行描述，结果显示，‘Albertheijn’花色属于“Red-purple”（红紫）色系，‘上农早霞’和‘上农09’花色分别属于“Red”（红）和“Orange-red”（橙红）色系。应用超高效液相色谱–二极管阵列器（ULPC-PDA）分析花瓣中总花色苷和黄酮醇类物质的含量，结果显示，花朵完全开放时，‘上农早霞’花瓣总花色苷含量显著高于‘Albertheijn’，但‘上农09’花瓣总花色苷含量与‘Albertheijn’无显著差异，‘上农早霞’和‘上农09’总黄酮醇类物质含量显著高于‘Albertheijn’中相应含量。应用超高效液相色谱–四极杆飞行时间质I上海交通大学博士学

5、位论文谱联用仪（UPLC-Q-TOF-MS）分析花瓣花色苷组分，结果表明，花朵完全开放时，‘Albertheijn’花瓣中含79.33%的矢车菊素3-O-芸香糖苷和20.67%的天竺葵素3-O-芸香糖苷，而‘上农早霞’和‘上农09’花瓣中含90%以上天竺葵素花色苷（天竺葵素3-O-芸香糖苷、天竺葵素3-O-乙酰化芸香糖苷）和少量矢车菊素3-O-葡萄糖苷含量（<10%）。2.利用同源克隆结合RACE技术，首次从郁金香花瓣中克隆了9个花色苷合成结构基因的cDNA全长，分别命名为TfCHS1（1470bp）、TfCHI1（998bp）、TfCHI2（823bp）、TfF3H1（1241b

6、p）、TfF3’H1（1766bp）、TfDFR1（1394bp）、TfANS1（1371bp）、Tf3GT1（1673bp）和TfFLS1（1193bp）。由这些基因推导的氨基酸序列与其它物种中相应蛋白具有很高的相似性，并具有相应蛋白中保守的结构域、氨基酸、结合位点及活性位点。3.花色苷合成结构基因在‘Albertheijn’、‘上农早霞’和‘上农09’花朵发育过程中的表达水平存在显著差异。与‘Albertheijn’相比，‘上农早霞’和‘上农09’花瓣中TfCHS1、TfCHI2、TfF3H1、TfDFR1、TfANS1、TfFLS1和TfF3’H1表达水平的变化与总花色苷和黄

7、酮醇类物质含量以及矢车菊素含量的变化正相关。在花朵发育过程中，TfCHS1、TfCHI2、TfF3H1、TfDFR1、TfANS1和Tf3GT1表达水平持续上升，与花色苷积累模式一致，TfFLS1表达量缓慢下降，与黄酮醇类物质的积累模式一致。‘上农早霞’花瓣中TfCHS1、TfCHI2、TfF3H1、TfDFR1、TfANS1和TfFLS1表达量均显著高于‘Albertheijn’，与‘上农早霞’花瓣中更高的总花色苷和黄酮醇类物质含量相对应；‘上农09’花瓣中TfCH