Plant Cell ：花中色素之类胡萝卜素的形成

来源：BioArt植物

The Plant Cell in a Nutshell: Regulation of Carotenoid Pigmentation in Flowers

作者：Lauren E. Stanley

译者：Chuanmei Zhu

Stanley 等在The Plant Cell杂志上发表了题为 A Tetratricopeptide Repeat Protein Regulates Carotenoid Biosynthesis and Chromoplast Development in Monkeyflower (Mimulus) 的研究论文。该研究从模式生物猴面花（沟酸浆属）中发现了一种对类胡萝卜素生成和有色体发育起关键作用的蛋白。

研究背景：

植物的花和果实之所以有许多鲜亮的颜色是因为它们有类胡萝卜素：一些呈现出黄色，橘黄色或微红色的色素。植物为了能在花和果实中形成和积累这些类胡萝卜素就必须（1）启动能产生胡萝卜素生成酶的基因，（2）形成一种叫做“有色体”的特化的具有存储功能的细胞器。然而，至今科学家们对这两个过程中起调控作用的基因的发现少之又少。

研究问题：我们希望发现新的对花中类胡萝卜素的产生和存储起调控作用的基因。因此，我们将沟酸浆属的两种植物（猴面花）的遗传物质DNA进行了化学诱导突变。然后，我们筛选出了花中缺少黄色色素的突变体。进而，我们对一个类胡萝卜素含量显著减少的突变体进行了DNA测序，从而找出是哪个基因发生了变化，并且设计了相关实验来阐明这个基因是如何影响花的着色的。

研究发现：

我们找了一个我们命名为“类胡萝卜素缺乏2”的基因（RCP2）。之所以这样命名是因为这个基因的缺失导致猴面花的类胡萝卜素大量缺失。这个rcp2突变体既不能像正常野生型植物一样来启动类胡萝卜素酶的基因表达，也不能形成正常的有色体。但是，当我们将这个突变体重新表达RCP2蛋白的时候，它的花中原本近乎白色的繁殖器官变成了正常的黄色。综上所述，这些结果表明RCP2对猴面花中类胡萝卜素的形成是必要且充分的。有意思的是，虽然这个rcp2单个基因突变体的叶子颜色与野生型并无异，同时降低RCP2和它的两个类似基因的表达最终使得植物产生了颜色发白的叶子：这些叶子里的类胡萝卜素和绿色素含量大大减低，而且细胞体积也减小了。这些数据表明RCP2类似基因的最初功能或许是调控营养组织里的绿色素和类胡萝卜素的形成，而RCP2却逐渐特化成在遗传器官中调控类胡萝卜素的累积，以至于这些器官可以吸引花粉传播者。

研究展望：

接下来，我们希望阐明RCP2蛋白的具体工作机理。我们打算分离出与RCP2相互作用的蛋白，并且通过分析猴面花里化学诱导产生的突变体和物种中存在的自然差异来发现其他的类胡萝卜素调控因子。