LcMYB1 Is a Key Determinant of Differential Anthocyanin Accumulation among Genotypes, Tissues, Developmental Phases and ABA and Light Stimuli in Litchi chinensis
- 作者
- Biao Lai, Xiao-Jing Li, Bing Hu, Yong-Hua Qin, Xu-Ming Huang, Hui-Cong Wang, Gui-Bing Hu
- 单位
- State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Biosecures, College of Horticulture, South China Agricultural University, Guangzhou, Guangdong, People's Republic of China; Physiological Laboratory for South China Fruits, College of Horticulture, South China Agricultural University, Guangzhou, People's Republic of China
- 杂志
- PLoS ONE（2014）
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0086293
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
荔枝果皮花青素积累在不同品种、组织、发育阶段及ABA和光照刺激下的差异决定机制，核心是LcMYB1转录因子的作用。
研究策略
从荔枝果皮中克隆LcMYB1基因；通过qRT-PCR分析其在不同组织、发育阶段、品种及处理下的表达与花青素含量及相关结构基因的相关性；鉴定启动子顺式元件；通过烟草瞬时和稳定转基因验证LcMYB1功能及对下游基因的调控。
核心内容
该研究从荔枝果皮中克隆了R2R3-MYB转录因子基因LcMYB1（全长940 bp，编码281个氨基酸），旨在解析其在不同品种、组织、发育阶段及ABA和光照刺激下调控花青素积累的分子机制。通过qRT-PCR分析发现，LcMYB1表达量与12个荔枝品种果皮花青素含量呈显著正相关（r=0.68），且在果实发育后期（66和73天）随花青素含量从低于0.03 mg/g FW跃升至0.11和0.14 mg/g FW而同步上调。套袋处理使LcMYB1转录水平降低约3倍，去袋后7天回升约2倍，表明光照通过上调该基因促进花青素合成。启动子序列鉴定出光响应元件（ACE、Box4、G-Box）和ABA响应元件（ABRE）。在烟草中异源表达LcMYB1后，过表达系花瓣花青素含量达2.01至4.46 mg/g FW，远高于野生型的0.84 mg/g FW，并在叶片中检测到矢车菊素-3-葡萄糖苷等产物，证实LcMYB1通过激活下游结构基因LcUFGT等促进花青素积累，且调控机制在不同组织间存在差异。该结果确立了LcMYB1作为荔枝花青素生物合成关键转录开关的地位，为利用ABA和光照优化果实色泽提供了分子靶点。
创新点
首次鉴定荔枝R2R3-MYB转录因子LcMYB1是调控花青素积累的关键因子；发现LcMYB1主要通过调控LcUFGT基因表达影响花青素合成；证明ABA和光照通过调控LcMYB1表达影响花青素积累；异源表达LcMYB1在烟草不同组织诱导花青素积累的机制存在差异。
研究对象（10）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Litchi chinensis | 花青素生物合成途径 | LcMYB1 | LcMYB1 | 调控 | R2R3-MYB转录因子，关键调控花青素合成基因表达 |
| Litchi chinensis | 花青素生物合成途径 | LcUFGT | UDP-葡萄糖:类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶 | 催化 | 花青素合成后期关键结构基因，与LcMYB1表达高度相关 |
| Litchi chinensis | 花青素生物合成途径 | LcCHS | 查尔酮合酶 | 催化 | 花青素生物合成早期结构基因 |
| Litchi chinensis | 花青素生物合成途径 | LcCHI | 查尔酮异构酶 | 催化 | 花青素生物合成早期结构基因 |
| Litchi chinensis | 花青素生物合成途径 | LcF3H | 黄烷酮3-羟化酶 | 催化 | 花青素生物合成中段结构基因 |
| Litchi chinensis | 花青素生物合成途径 | LcDFR | 二氢黄酮醇4-还原酶 | 催化 | 花青素生物合成后期结构基因 |
| Litchi chinensis | 花青素生物合成途径 | LcANS | 花青素合成酶 | 催化 | 花青素生物合成后期结构基因 |
| Nicotiana tabacum | 花青素生物合成途径 | NtAn1b | NtAn1b | 调控 | 烟草内源bHLH转录因子，在叶片和果柄中响应LcMYB1过表达而上调 |
| Nicotiana tabacum | 花青素生物合成途径 | NtAn1a | NtAn1a | 调控 | 烟草内源bHLH转录因子，在花瓣中下调 |
| Nicotiana tabacum | 花青素生物合成途径 | NtAn2 | NtAn2 | 调控 | 烟草内源R2R3-MYB转录因子，在花瓣中下调 |
关键发现
- LcMYB1全长940 bp，编码281个氨基酸；其R2R3结构域与已知花青素调控MYB蛋白的氨基酸一致性分别为：McMYB1
- 7%、AtPAP1
- 8%、VvMYB1
- 9%、MdMYB10
- 0%、CsRuby
- 1%（R2R3）和49.3%（全蛋白）。荔枝果皮花青素在62 DAFB前低于0.03 mg/g FW，66和73 DAFB时增至0.11和0.14 mg/g FW。LcMYB1表达量与12个品种果皮花青素含量显著正相关（r=0.68）。套袋使LcMYB1转录水平比对照降低约3倍，去袋后7天增加约2倍。转基因烟草花瓣中花青素含量：LcMYB1过表达系1为2.01±0.09 mg/g FW，系2为4.46±0.20 mg/g FW，野生型为0.84±0.05 mg/g FW。LcMYB1瞬时表达烟草叶片中检测到矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3-芸香糖苷。LcMYB1启动子含有光响应元件（ACE、Box4、G-Box、GA-motif）和ABA响应元件（ABRE）。
研究结论
LcMYB1是荔枝花青素生物合成的关键转录调控因子，通过调控下游结构基因LcUFGT表达决定花青素积累；ABA和光照通过上调LcMYB1表达促进花青素积累；LcMYB1在烟草异源表达中能有效诱导花青素积累，但其调控机制因组织而异。