中國農科院構建出富含花青素的紫胚玉米新種質

2018年1月16日，Plant Biotechnology Journal在線發表了中國農業科學院生物技術研究所陳茹梅研究員為通訊作者的題為「Engineering of 「Purple Embryo Maize」 with a multigene expression system derived from a bidirectional promoter and self-cleaving 2A peptides」的研究論文。

花色素苷是多羥基和多甲氧基2-苯基苯並吡喃鎓葡萄糖苷，屬於植物次級代謝產物類黃酮化合物。高等植物中最常見的花色素（花色素苷配基）是矢車菊素、天竺葵素、芍藥素、飛燕草素、矮牽牛花素和錦葵素。類黃酮生物合成被認為發生在內質網的胞質表面，其途徑中的順序酶形成一個metabolon（Winkel-Shirley，1999）。玉米中已知的花色素苷生物合成途徑的結構基因包括查爾酮合成酶（CHS）、查爾酮異構酶（CHI）、黃烷酮3-羥化酶（F3H）、類黃酮3"-羥化酶（F3"H）、二氫黃酮醇4-還原酶（DFR）、花色素合成酶（ANS）、類黃酮3-O-葡糖基轉移酶（3UFGT）和谷胱甘肽S-轉移酶（GST）。花青素生物合成途徑已知的調控因子包括bHLH（鹼性螺旋-環-螺旋）蛋白和R2R3-MYB蛋白。bHLH蛋白由R基因座（S、Lc和Sn）和B基因座（b1、booster1）編碼，而MYB調控因子則由c1（colorless1）、pl1（紫色植物1）和p1（pericarp color1）編碼。C1或PL1、R1或B1與WD40 Pale Aleurone Color（PAC1）共同形成一個MYB-bHLH-WD40（MBW）轉錄因子三複合體，以在轉錄水平調控玉米籽粒或營養器官的花色素苷合成（Sharma等2011）。此外，其它調控基因包括viviparous1（vp1）、anthocyaninless lethal1（anl1）和intensifier1（in1）。VP1主要通過激活糊粉層C1基因來調控玉米種子的花色素苷合成途徑（McCarty等，1989）。IN1基因產物是一種與R1/B1同源的抑制因子，其通過與C1結合從而起到競爭性抑制R1的作用（Burr等，1996）。

在該項研究中，作者開發了一個基於胚胎特異性的雙向啟動子和2A連接肽的簡單而高效的多基因表達系統。將11個基因成功導入轉基因玉米以重建HiII胚胎的花色素苷生物合成途徑，從而產生富含花色素苷的紫胚玉米種質。該系統可用於複雜的代謝工程和其它遺傳改良及植物生物技術實踐中。

Figure 1.Anthocyanin biosynthesis in the maize embryo and aleurone layer.

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