植物活体成像在苹果中二氢查尔酮糖苷生物合成机制研究中的应用

《The Plant Journal》
IF=7.2、一区top期刊
 

近日，西北农林科技大学园艺园林李鹏民团队在苹果中二氢查尔酮( DHC)糖苷生物合成机制研究中，取得了新进展，相关研究成果已经发表在国际权威期刊《The Plant Journal》（IF=7.2、一区top期刊）上。

二氢查尔酮( DHCs )是一类不常见的黄酮类化合物。二氢查耳酮( DHCs )包括根皮苷(根皮素-20'-O-葡萄糖苷)及其位置异构体三叶苷(根皮素-40'-O-葡萄糖苷)，作为人体生理研究的工具和药物，特别是在2型糖尿病治疗中的应用，引起了科学界的广泛关注。迄今为止，已在菊科、豆科、蔷薇科、芸香科等40多个植物科中鉴定出200多种DHCs。在这些植物中，苹果中的DHCs以其高含量和丰富多样性，使其成为研究DHCs化合物的生物合成和调控的优良模型植物。

有研究通过对转基因苹果植株的分析，发现2个糖基转移酶基因( PGT1和PGT2)参与了植物中二氢查尔酮( DHC)糖苷的生物合成。迄今为止，PGT1和PGT2的转录调控尚不清楚。在苹果中调控苯丙素和花青素生物合成的转录因子( TFs )如MYB10，却并不调控二氢查尔酮( DHC)糖苷合成。在苹果中，DHCs的生物学功能尚不完全清楚，其在生长素运输抑制、化感作用和生长调节中的作用已被证实。迄今为止，还没有关于不含DHCs的苹果属物种的报道，这表明DHCs在苹果的适应性或存活中起着未知但重要的作用，而这方面的研究却较少。

这里，该研究对不同基因型苹果二氢查尔酮( DHC)糖苷的遗传基础进行了研究。在苹果组织中鉴定出两个决定DHCs合成模式的转录调控因子( TFs )。同时DHCs在苹果存活中的重要作用也得到了证实。

该研究通过杂交群体分离和混合分离分析表明，苹果叶片中根皮苷和三叶苷的合成均为单基因控制的性状。参与二氢查尔酮( DHC)糖苷合成的两个糖基转移酶基因PGT1和PGT2的启动子序列被证明可以区分具有不同二氢查尔酮( DHC)糖苷合成模式。

模式1：在叶、花、果实、胚、种皮和茎中，转录调控因子PRR2L调控PGT1和PGT2的转录以及根皮苷( P )和根皮苷( T )的产生。PGT1启动子在起始密码子上游160、354、365、536和627 bp处缺失~ 3500 bp的MYB结合位点，PGT2启动子在起始密码子上游303 bp处突变MYB结合位点，导致基因表达和产物合成受阻；

模式2：在根和茎中，PGT1的转录和根皮苷的产生受MYB8L通过启动子中起始密码子上游24 bp处的结合位点调控。MYB8L不调控PGT2的表达。对于基因型A * B * ( AABB、Aa BB、AABb、Aa Bb)，根皮苷和三叶苷均被合成；对于A * bb ( AAbb、Aabb)基因型，仅合成根皮苷；对于aaB * ( aABB , aaBb)基因型，合成三叶苷；而对于aabb的基因型，没有合成二氢查酮（二氢查耳酮可能通过与生长素的相互作用影响胚胎发育）。
 

▲苹果属植物二氢查尔酮糖苷合成的遗传调控模型

为了证实不同基因型苹果植株中PGT1和PGT2启动子活性差异。作者使用博鹭腾PlantView系列植物活体成像系统， 拍摄了GFP -启动子融合的转基因苹果的叶片和根。Md PGT1pro：：GFP和Mt PGT1pro：：GFP在根中都有较强的GFP信号，而Mt PGT2.3pro：：GFP和Md PGT2.1pro：：GFP在转基因苹果根中没有观察到信号。说明了PGT1和PGT2的表达与根中不同的二氢查尔酮( DHC)糖苷合成模式相关，PGT1高表达，PGT2低表达。PGT1或PGT2的等位基因在根中的表达水平相似。

▲ 不同基因型苹果PGT1和PGT2启动子活性
（a）农杆菌介导的转基因苹果植株叶片中GFP的表达
（b）农杆菌介导转基因苹果根中GFP的表达

博鹭腾助力科研