MYB类转录因子控制八倍体草莓果实着色

【作者】 王华； 杨媛； 李茂福； 张运涛； 刘佳棽； 董静； 王桂霞； 金万梅；

【机构】 北京市农林科学院北京市林业果树科学研究院农业农村部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室北京市落叶果树工程技术研究中心；

【摘要】 决定果色的物质主要是黄酮类化合物。大量研究表明,类黄酮化合物花青素苷、原花青素等代谢途径均受MYB类转录因子调控。草莓基因组有187个MYB类转录因子。最近研究表明,R2R3MYB家族成员FaMYB1、FaMYB9/FaMYB11、FaMYB5和FaMYB10是影响八倍体栽培草莓(Fragaria×ananassa Duch.)果实黄酮类化合物合成的关键转录因子。本研究重点在转录水平上与代谢物组分的变化关联,结合前人研究构建八倍体栽培草莓果实颜色的MYB类转录因子调控网络。所用材料为八倍体栽培草莓红色品种‘甜查理’和白色品种‘白雪公主’,叶片和果实样品取自北京市林业果树科学研究院。观察‘甜查理’和‘白雪公主’果实发育以选择合适的取样时期,测定单果质量、可溶性固形物、硬度等生理指标;采用液质联用测定果实花青素、黄酮和原花青素含量和组分的差异;采用转录组测序获得MYB类转录因子及色素合成途径结构基因;采用荧光定量PCR技术验证其表达差异;采用酵母双杂交技术和过表达技术在本氏烟草和草莓白果中验证MYB10功能;采用PCA主成分分析获得MYB类转录因子控制八倍体草莓果实着色的模型。结果显示,草莓白色品种成熟果实中几乎没有花青素,而红色品种成熟果实中花青素含量很高(77.0 mg·kg-1 FW)。进一步研究发现参与花青素生物合成的结构基因和FaMYB类转录因子基因的表达出现差异,其中FaMYB9、FaMYB11、FaMYB5负调控,而FaMYB1和FaMYB10正调控。分析显示FaMYB1序列在红色果实和白色果实中均无差异,而FaMYB10序列差异很大。在DNA水平上,红果中的FaMYB10-1与白果中的FaMYB10-2相比,FaMYB10-2无内含子;在转录水平上发现,红色品种成熟果实cDNA中仅含有FaMYB10-1,白色品种成熟果实cDNA中仅含有FaMYB10-2,FaMYB10-2在编码蛋白质C末端的基因组区域中具有ACTTATAC插入,发生移码突变,氨基酸翻译提前终止,导致八倍体草莓出现白色果实。转基因试验进一步验证FaMYB10决定花青素的生物合成。更为重要的是,在果实发育过程中内源ABA调控FaMYB类转录因子基因,从而调控黄酮类生物合成决定果实的颜色。此外,白色品种等位基因FaMYB10-2无内含子,其在多倍体植物物种进化中的作用值得进一步研究。本研究结果揭示了草莓果实颜色由主效基因和微效多基因组成的调控网络来进行调节。更多还原