中科院遗传所李传友研究组在番茄花青素合成的转录调控机理研究中取得重要进展

来源：植物科学最前沿

2019年11月2日，Molecular Plant 在线发表了中国科学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”的研究论文，揭示了番茄响应光信号积累花青素的分子机制并通过遗传操作创制出果肉富含花青素的紫色番茄。

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花青素是一种天然的水溶性植物色素，是花、果实等植物器官呈色的主要原因。它还是一种天然的抗氧化剂，具有重要的保健功能。可以降低心血管疾病、衰老相关的退行性病变以及癌症等疾病给人们带来的身体伤害和生命威胁。番茄是世界上最重要的蔬菜作物之一，由于口感鲜美，酸甜宜人，受到人们普遍的欢迎。然而，市场上常见的普通番茄基本不含花青素。因此，对番茄花青素合成调控机制的研究在指导番茄品种改良的实践中具有重要的参考价值。2012年，来自美国俄勒冈州立大学的"Indigo Rose"(InR)番茄品种问世，这是第一个在果实（仅在果皮）中富含花青素的番茄品种，而且InR果皮花青素的积累需要强光的调控。Aft和atv是InR中的两个调控花青素合成的位点，但人们对于这两个位点编码的具体基因以及光调控花青素积累的分子机制还知之甚少。

该研究首先通过bulk population sequencing方法克隆了InR中控制花青素积累的基因。分析显示Aft编码一个正向调控花青素合成的R2R3-MYB蛋白SlAN2-like。该基因在普通栽培番茄中因为第二外显子5'剪切位点突变导致其基因异常转录并失去激活花青素合成的能力。atv编码一个负向调控花青素合成的R3-MYB蛋白SlMYBATV。利用CRISPR/Cas9技术在Aft的背景下敲除该基因可以有效提高番茄果皮中花青素含量。光照通过SlHY5激活SlAN2-like的表达，随后，SlAN2-like通过激活SlAN1和SlMYBATV的表达进而诱导番茄果皮中花青素的合成。SlMYBATV则通过与SlAN2-like竞争性结合bHLH转录因子SlAN1的方式抑制果皮中花青素生成。由此发现，SlAN2-like在接受光信号并开启花青素合成通路的过程中起到至关重要的作用。该研究为改良番茄品质提供了重要的靶标基因。同时，作者利用果实特异启动子过表达SlAN2-like，获得了果皮和果肉中均有丰富花青素积累的紫色番茄。该研究成果不仅加深了我们对花青素合成机制的理解，而且对作物花青素性状的改良提供了新的思路与技术途径。

图1 SlAN2-like调控番茄果实花青素积累的工作模型

图2 果实特异过表达SlAN2-like诱导花青素在番茄果皮和果肉中积累

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。该研究得到中国科学院战略性先导专项、国家重点研发计划和农业部的资助。