植物活體成像在蘋(píng)果中二氫查爾酮糖苷生物合成機(jī)制研究中的應(yīng)用

《The Plant Journal》
IF=7.2、一區(qū)top期刊
 

近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝園林李鵬民團(tuán)隊(duì)在蘋(píng)果中二氫查爾酮( DHC)糖苷生物合成機(jī)制研究中，取得了新進(jìn)展，相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《The Plant Journal》（IF=7.2、一區(qū)top期刊）上。

二氫查爾酮( DHCs )是一類(lèi)不常見(jiàn)的黃酮類(lèi)化合物。二氫查耳酮( DHCs )包括根皮苷(根皮素-20'-O-葡萄糖苷)及其位置異構(gòu)體三葉苷(根皮素-40'-O-葡萄糖苷)，作為人體生理研究的工具和藥物，特別是在2型糖尿病治療中的應(yīng)用，引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。迄今為止，已在菊科、豆科、薔薇科、蕓香科等40多個(gè)植物科中鑒定出200多種DHCs。在這些植物中，蘋(píng)果中的DHCs以其高含量和豐富多樣性，使其成為研究DHCs化合物的生物合成和調(diào)控的優(yōu)良模型植物。

有研究通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因蘋(píng)果植株的分析，發(fā)現(xiàn)2個(gè)糖基轉(zhuǎn)移酶基因( PGT1和PGT2)參與了植物中二氫查爾酮( DHC)糖苷的生物合成。迄今為止，PGT1和PGT2的轉(zhuǎn)錄調(diào)控尚不清楚。在蘋(píng)果中調(diào)控苯丙素和花青素生物合成的轉(zhuǎn)錄因子( TFs )如MYB10，卻并不調(diào)控二氫查爾酮( DHC)糖苷合成。在蘋(píng)果中，DHCs的生物學(xué)功能尚不完全清楚，其在生長(zhǎng)素運(yùn)輸抑制、化感作用和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)中的作用已被證實(shí)。迄今為止，還沒(méi)有關(guān)于不含DHCs的蘋(píng)果屬物種的報(bào)道，這表明DHCs在蘋(píng)果的適應(yīng)性或存活中起著未知但重要的作用，而這方面的研究卻較少。

這里，該研究對(duì)不同基因型蘋(píng)果二氫查爾酮( DHC)糖苷的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了研究。在蘋(píng)果組織中鑒定出兩個(gè)決定DHCs合成模式的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子( TFs )。同時(shí)DHCs在蘋(píng)果存活中的重要作用也得到了證實(shí)。

該研究通過(guò)雜交群體分離和混合分離分析表明，蘋(píng)果葉片中根皮苷和三葉苷的合成均為單基因控制的性狀。參與二氫查爾酮( DHC)糖苷合成的兩個(gè)糖基轉(zhuǎn)移酶基因PGT1和PGT2的啟動(dòng)子序列被證明可以區(qū)分具有不同二氫查爾酮( DHC)糖苷合成模式。

模式1：在葉、花、果實(shí)、胚、種皮和莖中，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子PRR2L調(diào)控PGT1和PGT2的轉(zhuǎn)錄以及根皮苷( P )和根皮苷( T )的產(chǎn)生。PGT1啟動(dòng)子在起始密碼子上游160、354、365、536和627 bp處缺失~ 3500 bp的MYB結(jié)合位點(diǎn)，PGT2啟動(dòng)子在起始密碼子上游303 bp處突變MYB結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致基因表達(dá)和產(chǎn)物合成受阻；

模式2：在根和莖中，PGT1的轉(zhuǎn)錄和根皮苷的產(chǎn)生受MYB8L通過(guò)啟動(dòng)子中起始密碼子上游24 bp處的結(jié)合位點(diǎn)調(diào)控。MYB8L不調(diào)控PGT2的表達(dá)。對(duì)于基因型A * B * ( AABB、Aa BB、AABb、Aa Bb)，根皮苷和三葉苷均被合成；對(duì)于A(yíng) * bb ( AAbb、Aabb)基因型，僅合成根皮苷；對(duì)于aaB * ( aABB , aaBb)基因型，合成三葉苷；而對(duì)于aabb的基因型，沒(méi)有合成二氫查酮（二氫查耳酮可能通過(guò)與生長(zhǎng)素的相互作用影響胚胎發(fā)育）。
 

▲蘋(píng)果屬植物二氫查爾酮糖苷合成的遺傳調(diào)控模型

為了證實(shí)不同基因型蘋(píng)果植株中PGT1和PGT2啟動(dòng)子活性差異。作者使用博鷺騰PlantView系列植物活體成像系統(tǒng)， 拍攝了GFP -啟動(dòng)子融合的轉(zhuǎn)基因蘋(píng)果的葉片和根。Md PGT1pro：：GFP和Mt PGT1pro：：GFP在根中都有較強(qiáng)的GFP信號(hào)，而Mt PGT2.3pro：：GFP和Md PGT2.1pro：：GFP在轉(zhuǎn)基因蘋(píng)果根中沒(méi)有觀(guān)察到信號(hào)。說(shuō)明了PGT1和PGT2的表達(dá)與根中不同的二氫查爾酮( DHC)糖苷合成模式相關(guān)，PGT1高表達(dá)，PGT2低表達(dá)。PGT1或PGT2的等位基因在根中的表達(dá)水平相似。

▲ 不同基因型蘋(píng)果PGT1和PGT2啟動(dòng)子活性
（a）農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因蘋(píng)果植株葉片中GFP的表達(dá)
（b）農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因蘋(píng)果根中GFP的表達(dá)

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