园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (4): 1051-1064.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0361
收稿日期:
2024-11-26
修回日期:
2025-01-17
出版日期:
2025-05-08
发布日期:
2025-04-25
通讯作者:
基金资助:
YUAN Luming, ZHU Hongju, LIU Wenge*()
Received:
2024-11-26
Revised:
2025-01-17
Published:
2025-05-08
Online:
2025-04-25
Contact:
摘要:
果肉颜色是园艺作物果实的重要性状,对自身种子传播、营养物质评价,消费者选择都十分重要。果肉颜色表现出多样性及复杂性,比如猕猴桃果肉存在绿、黄、红心,西瓜果肉存在黄、红、白、混合等多种颜色。果肉颜色的形成主要受色素类物质的组成及含量影响,如类胡萝卜素、叶绿素、花青素苷等。通过调控色素类物质代谢通路中的关键基因表达,可以实现对园艺产品颜色的调控。转录因子(Transcription factor,TF)通过与相关基因的启动子区域结合,激活或抑制基因的表达,实现对基因表达和颜色的调控。在前人的研究中,多种转录因子被发掘并证明对色素代谢通路中相关基因及颜色具有重要调控作用,如MYB、NAC、MADS、WRKY等。
袁路明, 朱红菊, 刘文革. 转录因子对园艺作物果肉颜色的调控[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 1051-1064.
YUAN Luming, ZHU Hongju, LIU Wenge. The Regulation of Flesh Color of Horticultural Crops by Transcription Factors[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(4): 1051-1064.
图1 类胡萝卜素代谢通路 蓝色线条代表代谢方向,红色线条代表转录因子参与对相关酶基因的调控,图片形式引自Yuan等(2023),下同
Fig. 1 Carotenoid metabolism pathway Bule lines indicate metabolic direction,red lines indicate transcription factors involved in regulation of related enzyme genes,the format of pictures were cited from Yuan et al.(2023),the following pictures is the same
功能 Function | 步骤 Step | 酶 Enzyme | 基因 Gene |
---|---|---|---|
合成 Synthesis | 1 | 谷氨酰-tRNA合成酶 Glutamyl-tRNA synthase | GluRS |
2 | 谷氨酰-tRNA还原酶 Glutamyl-tRNA reductase | GluTR | |
3 | 谷氨酸-1-半醛转氨酶 Glutamate-1-semialdehyde aminotransferase | GSA-AT | |
4 | δ-氨基酮戊酸脱氢酶 δ-Aminolevulinic acid dehydratase | ALAD | |
5 | 胆色原素脱氨酶 Porphobilinogen deaminase | PBD | |
6 | 尿卟啉原Ⅲ合酶 Uroporphyrinogen III synthase | UroS | |
7 | 尿卟啉原Ⅲ脱氢酶 Uroporphyrinogen III dehydrogenase | UroD | |
8 | 粪卟啉原氧化酶 Coproporphyrinogen III oxidase | CPO | |
9 | 原卟啉原氧化酶 Protoporphyrinogen IX oxidase | PPX | |
10 | 铁螯合酶 Ferrochelatase | FeCh | |
11 | 镁螯合酶 Magnesium chelatase | MgCh | |
12 | Mg-原卟啉Ⅸ甲基转移酶 Mg-protoporphyrin IX methyltransferase | MTF | |
13 | Mg-原卟啉Ⅸ单甲酯环化酶 Mg-protoporphyrin IX monomethyl ester cyclase | MTC | |
14 | 8-乙烯基还原酶 8-vinyl reductase | VR | |
15 | NADPH-原叶绿素酸酯氧化还原酶 NADPH-protochlorophyllide oxidoreductase | POR | |
16 | 叶绿素酸酯a加氧酶 Chlorophyllide a oxygenase | CAO | |
17 | 叶绿素合酶 Chlorophyll synthase | CHLS | |
18 | 叶绿素降解酶 Chlorophyllase | CLH | |
降解Degradation | 1 | 永绿基因 NON-YELLOW COLORING1 | NYC1 |
2 | 永绿基因类似基因 NYC1-LIKE | NOL | |
3 | 羟基叶绿素a还原酶 Hydroxychlorophyll a reductase | HCAR | |
4 | 脱镁螯合酶 STAY GREEN | SGR | |
5 | 脱镁叶绿素酶 Pheophytinase | Pao | |
6 | 脱镁叶绿酸a氧化酶 Pheophorbide a oxygenase | PAO | |
7 | RCC还原酶 RCC reductase | RCCR |
表1 高等植物叶绿素合成和降解通路相关酶及其对应的基因
Table 1 enzymes and corresponding genes in the chlorophyll synthesis and degradation pathway of higher plant
功能 Function | 步骤 Step | 酶 Enzyme | 基因 Gene |
---|---|---|---|
合成 Synthesis | 1 | 谷氨酰-tRNA合成酶 Glutamyl-tRNA synthase | GluRS |
2 | 谷氨酰-tRNA还原酶 Glutamyl-tRNA reductase | GluTR | |
3 | 谷氨酸-1-半醛转氨酶 Glutamate-1-semialdehyde aminotransferase | GSA-AT | |
4 | δ-氨基酮戊酸脱氢酶 δ-Aminolevulinic acid dehydratase | ALAD | |
5 | 胆色原素脱氨酶 Porphobilinogen deaminase | PBD | |
6 | 尿卟啉原Ⅲ合酶 Uroporphyrinogen III synthase | UroS | |
7 | 尿卟啉原Ⅲ脱氢酶 Uroporphyrinogen III dehydrogenase | UroD | |
8 | 粪卟啉原氧化酶 Coproporphyrinogen III oxidase | CPO | |
9 | 原卟啉原氧化酶 Protoporphyrinogen IX oxidase | PPX | |
10 | 铁螯合酶 Ferrochelatase | FeCh | |
11 | 镁螯合酶 Magnesium chelatase | MgCh | |
12 | Mg-原卟啉Ⅸ甲基转移酶 Mg-protoporphyrin IX methyltransferase | MTF | |
13 | Mg-原卟啉Ⅸ单甲酯环化酶 Mg-protoporphyrin IX monomethyl ester cyclase | MTC | |
14 | 8-乙烯基还原酶 8-vinyl reductase | VR | |
15 | NADPH-原叶绿素酸酯氧化还原酶 NADPH-protochlorophyllide oxidoreductase | POR | |
16 | 叶绿素酸酯a加氧酶 Chlorophyllide a oxygenase | CAO | |
17 | 叶绿素合酶 Chlorophyll synthase | CHLS | |
18 | 叶绿素降解酶 Chlorophyllase | CLH | |
降解Degradation | 1 | 永绿基因 NON-YELLOW COLORING1 | NYC1 |
2 | 永绿基因类似基因 NYC1-LIKE | NOL | |
3 | 羟基叶绿素a还原酶 Hydroxychlorophyll a reductase | HCAR | |
4 | 脱镁螯合酶 STAY GREEN | SGR | |
5 | 脱镁叶绿素酶 Pheophytinase | Pao | |
6 | 脱镁叶绿酸a氧化酶 Pheophorbide a oxygenase | PAO | |
7 | RCC还原酶 RCC reductase | RCCR |
主要作物 Crop | 转录因子 TF | 主要靶基因 Target gene | 果肉颜色表现 Flesh color |
---|---|---|---|
番茄 Solanum lycopersicum | SlAN2 | Ethylene-related genes | 橙黄Orange |
SlMYB12 | Flavonoid-related genes | 多种颜色Muti-colors | |
SlNAC1 | SlPSY1 & Ethylene-related genes | 黄色或橙黄色Yellow or orange | |
SlRIN& SLcMYB1 | Muti-genes | 多种颜色Muti-colors | |
SlWRKY35 | SlDXS1 | 黄色Yellow | |
SlERF | SlLCYB2 | 黄色或橙黄色Yellow or orange | |
SlGLK | SlPOR、Photosynthetic-related gene | ||
桃 Prunus persica | PpMYB10.1 | PpUFGT,PpDFR | 淡色Pale |
PbMYB18 | 红色Red | ||
PbNAC1 & BL | PpMYB10.1 | 红色Red | |
猕猴桃 Actinidia chinensis | AdMYB10 & AdMYB110 | Anthocyanin-related genes | 红色Red |
AdMYB7 | AdLCYB | 橙黄Orange | |
柑橘 Citrus | CsMADS3 | CsPSY1,CsLCYB2,CsSGR | 黄色或橙黄色Yellow or orange |
CsMADS6 | CsPDS,CsCCD1,CsPSY | 黄色或橙黄色Yellow or orange | |
梨 Pyrus | PpWRKY44 & PpMYB10 | PpCHS,PpF3H | 红色Red |
苹果 Malus | MdMYBDL1 & MdHY5 | MdMYB16 | 红色Red |
甜瓜Melo | CmNAC-NOR | CmWINV2,CmACS5,CmNCED3,CmZDS1 | 橙黄Orange |
CmWRKY49 | CmPSY1 | 橙黄Orange |
表2 主要园艺作物中调控果肉颜色性状的转录因子及其靶基因
Table 2 Transcription factors and target genes during the regulation of flesh color in major horticultural crops
主要作物 Crop | 转录因子 TF | 主要靶基因 Target gene | 果肉颜色表现 Flesh color |
---|---|---|---|
番茄 Solanum lycopersicum | SlAN2 | Ethylene-related genes | 橙黄Orange |
SlMYB12 | Flavonoid-related genes | 多种颜色Muti-colors | |
SlNAC1 | SlPSY1 & Ethylene-related genes | 黄色或橙黄色Yellow or orange | |
SlRIN& SLcMYB1 | Muti-genes | 多种颜色Muti-colors | |
SlWRKY35 | SlDXS1 | 黄色Yellow | |
SlERF | SlLCYB2 | 黄色或橙黄色Yellow or orange | |
SlGLK | SlPOR、Photosynthetic-related gene | ||
桃 Prunus persica | PpMYB10.1 | PpUFGT,PpDFR | 淡色Pale |
PbMYB18 | 红色Red | ||
PbNAC1 & BL | PpMYB10.1 | 红色Red | |
猕猴桃 Actinidia chinensis | AdMYB10 & AdMYB110 | Anthocyanin-related genes | 红色Red |
AdMYB7 | AdLCYB | 橙黄Orange | |
柑橘 Citrus | CsMADS3 | CsPSY1,CsLCYB2,CsSGR | 黄色或橙黄色Yellow or orange |
CsMADS6 | CsPDS,CsCCD1,CsPSY | 黄色或橙黄色Yellow or orange | |
梨 Pyrus | PpWRKY44 & PpMYB10 | PpCHS,PpF3H | 红色Red |
苹果 Malus | MdMYBDL1 & MdHY5 | MdMYB16 | 红色Red |
甜瓜Melo | CmNAC-NOR | CmWINV2,CmACS5,CmNCED3,CmZDS1 | 橙黄Orange |
CmWRKY49 | CmPSY1 | 橙黄Orange |
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