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李傳友研究組等揭示栽培番茄不含花青素的機理並創制出果肉中富含花青素的番茄材料

  花青素是一種天然的水溶性植物色素,是花、果實等植物器官呈色的主要原因。同時,花青素是一種天然的抗氧化劑,具有重要的保健功能,可以有效預防心血管疾病、衰老相關的退行性病變以及多種癌症。番茄是世界上最重要的蔬菜作物之一,在滿足人們日益增長的對美好生活的需求方面起著重要作用。然而,美中不足的是,市場上常見的普通番茄果肉中基本不含花青素。因而,研究花青素合成的調控機理具有重要的科學意義和應用價值。 

 

  2019111日,Molecular Plant在线发表了中國科學院遗传与发育生物学研究所李传友研究员与北京农林科学院李常保研究员合作的题目为“A Transcriptional Network Promotes Anthocyanin Biosynthesis in Tomato Flesh”的研究論文(DOI:10.1016/j.molp.2019.10.010),揭示了番茄響應光信號積累花青素的分子機制並通過遺傳操作創制出果肉富含花青素的紫色番茄。 

 

  在強光照射下,番茄材料"Indigo Rose"(InR)的果皮中可以積累花青素。他們從遺傳分析入手,成功分離了InR中控制花青素合成的基因Aftatv 

 

  深入地研究表明,Aft編碼一個正向調控花青素合成的R2R3-MYB蛋白SlAN2-likeatv編碼一個負向調控花青素合成的R3-MYB蛋白SlMYBATV。在InR中,光照通過SlHY5激活SlAN2-like的表達,隨後,SlAN2-like通過激活SlAN1SlMYBATV的表達進而誘導番茄果皮中花青素的合成。SlMYBATV則通過與SlAN2-like競爭性結合bHLH轉錄因子SlAN1的方式抑制果皮中花青素的合成。由此發現,SlAN2-like在接受光信號並開啓花青素合成通路的過程中起到至關重要的作用。在普通栽培番茄中,SlAN2-like基因由于剪切位點的突變而喪失功能,而且負向調控因子SlMYBATV的功能正常,因而不具備激活花青素合成的能力。 

 

  該研究爲創制果肉中富含花青素的番茄提供了重要的靶標基因。利用果實特異啓動子過表達SlAN2-like,獲得了果皮和果肉中均有豐富花青素積累的紫色番茄。該研究成果不僅加深了我們對花青素合成機制的理解,而且對作物花青素性狀的改良提供了新的思路與技術途徑。 

 

  李传友研究组的博士研究生孙传龙和工程师邓磊为该论文的共同第一作者。李传友研究员和李常保研究员为该论文的共同通讯作者。青岛市农科院蔬菜研究所黄婷婷研究员、山东农业大学赵久海教授、陈谦教授参与了研究工作。该研究得到中國科學院战略性先导专项、国家重点研发计划和农业部的资助。 

 

  1:SlAN2-like調控番茄果實花青素積累的工作模型 

 

  2:果實特異過表達SlAN2-like誘導花青素在番茄果皮和果肉中積累