【Plant Cell Physiol】R2R3-MYB调节因子FhPAP1在香雪兰花青素生物合成中的作用

文章信息

题目：The Conserved and Particular Roles of the R2R3-MYB Regulator FhPAP1 from Freesia hybrida in Flower Anthocyanin Biosynthesis

刊名：Plant and Cell Physiology

作者：Yueqing Li, Xiang Gao

单位：Northeast Normal University‍

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摘要

花青素生物合成主要由调节花青素生物合成基因 (ABGs) 表达的 MYB-bHLH-WD40 (MBW) 复合物控制。参与花青素生物合成的 MYB 调节剂在植物进化早期出现，因此可能在不同的谱系中发挥不同的作用。尽管人们已对双子叶植物中促进花青素的 R2R3-MYB 调节剂进行了全面探索，但在不同植物谱系的 MYB 调节剂之间的功能差异与保护之间几乎没有达成共识。在这里，我们整合了转录组分析、基因表达谱、功能获得实验和瞬时原生质体转染试验，在功能上表征单子叶植物香雪兰与 ABG 的相关性。当 FhPAP1 分别在香雪兰、拟南芥和烟草中过表达时，可以激活 ABG 以及 TT8 相关基因FhTT8L、AtTT8和NtAN1 。FhPAP1 可以与 FhTT8L 和 FhTTG1 相互作用形成保守的 MBW 复合物，并与其来自拟南芥的直系同源物共享相似的靶基因。FhPAP1 显示出比拟南芥和烟草中的同源物更高的反式激活能力。此外，我们发现FhPAP1种产生密集的花色素沉着。这些结果表明，虽然 MBW 复合物在测试的单子叶植物和双子叶植物之间具有高度进化保守性，但参与的 MYB 调节因子根据其激活域显示出反式激活能力的功能差异。

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技术路线

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主要结果

3.1 FhPAP1基因的分离和序列分析

通过对F. hybrida完整转录组数据的 BLAST 分析，发现一个序列编码与拟南芥 AtPAP1 同源性很高的 R2R3-MYB 转录因子，随后命名为FhPAP1（图 1A，GenBank 登录号MT210093）。FhPAP1的 702 bp 开放阅读框编码了一个由 233 个氨基酸组成的蛋白质，与拟南芥 AtPAP1 有 55% 的同源性性。氨基酸序列比对显示保守基序 [D/E]Lx 2 [R/K]x 3 Lx 6 Lx 3 R 存在于 FhPAP1 的 R3 结构域中，这被认为是在与 R/B 相互作用中起重要作用类 bHLH 调节剂。参与双子叶植物中花青素积累的 134 个 MYB 调节因子的比对在 R3 重复序列中显示出高度保守的精氨酸 (R)、缬氨酸 (V) 和丙氨酸 (A) 残基。本研究表明，单子叶植物香雪兰中的特征并不总是保守的。因为残基 V 被 D 取代，ANDV 中的 V 被 FhPAP1 中的 I 取代。

为了更好地定义 FhPAP1，构建了一个包含已知黄酮类 MYB 调节剂的系统发育树（图 1B）。在系统发育中产生了许多进化枝，这些进化枝暗示了它们的不同功能。FhPAP1 属于花青素进化枝，与 LhMYB6处于同一分支，它以前被确定为百合杂种中的花青素调节剂。这些结果表明FhPAP1可能编码F. hybrida中推定的 R2R3-MYB 花青素调节剂。

3.2 FhPAP1的表达主要与F. hybrida花色苷生物合成中的 LBGs 相关

在香雪兰中，花青素主要在花瓣中合成，并在花发育过程中逐渐积累。为了评估FhPAP1的表达模式是否在时间和空间上与F. hybrida中的花青素积累相伴，在五个发育阶段八个组织中检查了FhPAP1的转录本。FhPAP1的表达水平在花中从绿芽期到盛开期增加了近 30 倍（图 2A）。此外，FhPAP1在花青素过度积累的花瓣中高度表达，而在其他组织中表达水平较低（图2B）。这些结果强烈暗示FhPAP1可能在调节花青素生物合成中起作用。

为了评估FhPAP1和合适的结构基因之间假定的转录关联，鉴定了 14 个候选基因，并通过qRT-PCR确定了它们的时间表达谱。热图可视化了负责类黄酮生物合成的基因表达模式（图 2C）。结果表明，FhPAP1主要与LBGs聚集，在花发育过程中表现出逐渐增加的表达模式。其他三个花青素相关