园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (6): 1451-1462.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0929
郭新淼1, 田露瑶2, 曹佳琪2, 谢岩2, 高妍夏2, 孙志超2,*()
收稿日期:
2025-01-23
修回日期:
2025-05-20
出版日期:
2025-06-20
发布日期:
2025-06-20
通讯作者:
基金资助:
GUO Xinmiao1, TIAN Luyao2, CAO Jiaqi2, XIE Yan2, GAO Yanxia2, and SUN Zhichao2,*()
Received:
2025-01-23
Revised:
2025-05-20
Published:
2025-06-20
Online:
2025-06-20
摘要:
为揭示白色桑椹中花青素苷合成阻断的机理,对白色桑椹和黑色桑椹的代谢组与转录组进行了比较和分析。结果表明,‘安椹’(黑色果实)在成熟过程中花青素苷含量逐步积累,在成熟期积累量最大;‘桂花’(白色果实)在青果期花青素苷含量最高,在转色期和成熟期的花青素苷含量较低。花青素苷关键呈色物质矢车菊素、飞燕草素、天竺葵素、锦葵色素、矮牵牛素等均在‘桂花’中积累量较低,相反矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷、飞燕草素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-槐糖苷、天竺葵素-3-O-葡萄糖苷、天竺葵素-3-O-芸香糖苷、原花青素B1、原花青素B3等物质在‘安椹’中大量积累。转色期‘桂花’中参与花青素苷生物合成的PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、F3H等基因表达减少,这种下调阻止了花青素苷在白色桑椹中的积累。基于转录组数据鉴定到6个差异表达的MYB转录因子基因,结合基因表达、进化分析以及下游靶基因鉴定,分析MYB6可能在白色桑椹成熟过程中花青素苷的合成中起抑制作用。
郭新淼, 田露瑶, 曹佳琪, 谢岩, 高妍夏, 孙志超. 白色桑椹颜色缺失分子机制初步探讨[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1451-1462.
GUO Xinmiao, TIAN Luyao, CAO Jiaqi, XIE Yan, GAO Yanxia, and SUN Zhichao. Preliminary Research on the Molecular Mechanism of Color Loss in White Mulberry Fruit[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(6): 1451-1462.
图1 桑椹发育颜色变化(A)及花青素苷含量(B) S1:青果期,S2:转色期,S3:成熟期。下同
Fig. 1 Analysis of color change(A)and anthocyanin content of mulberry(B) S1:Green fruit period,S2:Color change period,S3:Maturity period. The same below
物质 Compound | 桂花S2 Guihua S2 | 安椹S2 Anshen S2 |
---|---|---|
矢车菊素-3-O-对香豆酰葡萄糖苷Cyanidin-3-O-(coumaryl)-glucoside | 0.66 ± 0.04 a | 0.98 ± 0.19 a |
矢车菊素-3-O-葡萄糖苷Cyanidin-3-O-glucoside | 2.68 ± 1.51 B | 192.33 ± 32.01 A |
矢车菊素-3-O-芸香糖苷Cyanidin-3-O-rutinoside | 1.05 ± 0.37 B | 188.33 ± 9.61 A |
矢车菊素-3-O-槐糖苷 Cyanidin-3-O-sophoroside | 0.03 ± 0.02 b | 0.58 ± 0.10 a |
矢车菊素-3-O-丙二酰葡萄糖苷Cyanidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside) | 0 | 0.01 ± 0 |
矢车菊素-3,5,3'-O-三葡萄糖苷 Cyanidin-3,5,3′-O-triglucoside | 0.01 ± 0 | 0 |
飞燕草素-3-O-葡萄糖苷Delphinidin-3-O-glucoside | 2.12 ± 0.14 B | 7.37 ± 0.35 A |
飞燕草素-3-O-丙二酰葡萄糖苷Delphinidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside) | 0.23 ± 0.01 B | 1.33 ± 0.11 A |
飞燕草素-3-O-槐糖苷 Delphinidin-3-O-sophoroside | 1.68 ± 0.25 B | 10.95 ± 1.73 A |
飞燕草素-3-芸香糖苷-5-葡萄糖苷Delphinidin-3-rutinoside-5-glucoside | 0.42 ± 0.04 B | 0.86 ± 0.07 A |
飞燕草素-3-O-半乳糖苷 Delphinidin-3-O-galactoside | 0.05 ± 0.01 a | 0.02 ± 0 b |
飞燕草素-3-O-(6-O-丙二酰基)-葡萄糖苷-3′-葡萄糖基 Delphinidin-3-O-(6-O-malonyl)-glucoside-3′-glucoside | 0.02 ± 0 B | 0.06 ± 0.01 A |
天竺葵素-3-O-葡萄糖苷Pelargonidin-3-O-glucoside | 0.26 ± 0.14 B | 4.81 ± 0.82 A |
天竺葵素-3-O-芸香糖苷 Pelargonidin-3-O-rutinoside | 0.05 ± 0.02 B | 4.02 ± 0.41 A |
天竺葵素-3-O-槐糖苷 Pelargonidin-3-O-sophoroside | 0.02 ± 0 | 0.03 ± 0.01 |
天竺葵素-3-O-丙二酰葡萄糖苷Pelargonidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside) | 0.01 ± 0 b | 0.01 ± 0 a |
矮牵牛素-3-O-芸香糖苷 Petunidin-3-O-rutinoside | 0 | 0 |
矮牵牛素-3-O-丙二酰葡萄糖苷Petunidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside) | 0 | 0 |
矮牵牛素-3-O-葡萄糖Petunidin-3-O-glucoside | 0.01 ± 0 b | 0.02 ± 0 a |
锦葵色素-3-O-葡萄糖苷Malvidin-3-O-glucoside | 0.03 ± 0 B | 0.06 ± 0.01 A |
芍药花色素-3-O-葡萄糖苷 Peonidin-3-O-glucoside | 0 | 0.10 ± 0.01 |
芍药花色素-3-O-芸香糖苷 Peonidin-3-O-rutinoside | 0.01 ± 0 | 0.01 ± 0 |
原花青素A1 Procyanidin A1 | 0.05 ± 0.20 | 0 |
原花青素B1 Procyanidin B1 | 0.04 ± 0.01 B | 19.60 ± 1.87 A |
原花青素B2 Procyanidin B2 | 0 | 0.07 ± 0.03 |
原花青素B3 Procyanidin B3 | 0.10 ± 0.04 B | 51.33 ± 3.87 A |
柚皮素-7-O-葡萄糖苷 Naringenin-7-O-glucoside | 0 | 0.11 ± 0.018 |
柚皮素 Naringenin | 0.03 ± 0.01 B | 0.06 ± 0 A |
芦丁 Rutin | 363.00 ± 22.72 B | 1270.00 ± 55.68 A |
香橙素(二氢山奈酚)Dihydrokaempferol | 0.16 ± 0.03 a | 0.18 ± 0.01 a |
山柰酚-3-O-芸香糖苷Kaempferol-3-O-rutinoside | 42.50 ± 3.759 a | 76.43 ± 15.37 a |
异槲皮苷Quercetin-3-O-glucoside | 143.00 ± 8.19 B | 485.67 ± 21.08 A |
表1 ‘桂花’与‘安椹’桑椹中的花青素苷代谢物及含量
Table 1 Metabolites and content of anthocyanin glycosides in‘Guihua’and‘Anshen’ μg · g-1
物质 Compound | 桂花S2 Guihua S2 | 安椹S2 Anshen S2 |
---|---|---|
矢车菊素-3-O-对香豆酰葡萄糖苷Cyanidin-3-O-(coumaryl)-glucoside | 0.66 ± 0.04 a | 0.98 ± 0.19 a |
矢车菊素-3-O-葡萄糖苷Cyanidin-3-O-glucoside | 2.68 ± 1.51 B | 192.33 ± 32.01 A |
矢车菊素-3-O-芸香糖苷Cyanidin-3-O-rutinoside | 1.05 ± 0.37 B | 188.33 ± 9.61 A |
矢车菊素-3-O-槐糖苷 Cyanidin-3-O-sophoroside | 0.03 ± 0.02 b | 0.58 ± 0.10 a |
矢车菊素-3-O-丙二酰葡萄糖苷Cyanidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside) | 0 | 0.01 ± 0 |
矢车菊素-3,5,3'-O-三葡萄糖苷 Cyanidin-3,5,3′-O-triglucoside | 0.01 ± 0 | 0 |
飞燕草素-3-O-葡萄糖苷Delphinidin-3-O-glucoside | 2.12 ± 0.14 B | 7.37 ± 0.35 A |
飞燕草素-3-O-丙二酰葡萄糖苷Delphinidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside) | 0.23 ± 0.01 B | 1.33 ± 0.11 A |
飞燕草素-3-O-槐糖苷 Delphinidin-3-O-sophoroside | 1.68 ± 0.25 B | 10.95 ± 1.73 A |
飞燕草素-3-芸香糖苷-5-葡萄糖苷Delphinidin-3-rutinoside-5-glucoside | 0.42 ± 0.04 B | 0.86 ± 0.07 A |
飞燕草素-3-O-半乳糖苷 Delphinidin-3-O-galactoside | 0.05 ± 0.01 a | 0.02 ± 0 b |
飞燕草素-3-O-(6-O-丙二酰基)-葡萄糖苷-3′-葡萄糖基 Delphinidin-3-O-(6-O-malonyl)-glucoside-3′-glucoside | 0.02 ± 0 B | 0.06 ± 0.01 A |
天竺葵素-3-O-葡萄糖苷Pelargonidin-3-O-glucoside | 0.26 ± 0.14 B | 4.81 ± 0.82 A |
天竺葵素-3-O-芸香糖苷 Pelargonidin-3-O-rutinoside | 0.05 ± 0.02 B | 4.02 ± 0.41 A |
天竺葵素-3-O-槐糖苷 Pelargonidin-3-O-sophoroside | 0.02 ± 0 | 0.03 ± 0.01 |
天竺葵素-3-O-丙二酰葡萄糖苷Pelargonidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside) | 0.01 ± 0 b | 0.01 ± 0 a |
矮牵牛素-3-O-芸香糖苷 Petunidin-3-O-rutinoside | 0 | 0 |
矮牵牛素-3-O-丙二酰葡萄糖苷Petunidin-3-O-(6-O-malonyl-beta-D-glucoside) | 0 | 0 |
矮牵牛素-3-O-葡萄糖Petunidin-3-O-glucoside | 0.01 ± 0 b | 0.02 ± 0 a |
锦葵色素-3-O-葡萄糖苷Malvidin-3-O-glucoside | 0.03 ± 0 B | 0.06 ± 0.01 A |
芍药花色素-3-O-葡萄糖苷 Peonidin-3-O-glucoside | 0 | 0.10 ± 0.01 |
芍药花色素-3-O-芸香糖苷 Peonidin-3-O-rutinoside | 0.01 ± 0 | 0.01 ± 0 |
原花青素A1 Procyanidin A1 | 0.05 ± 0.20 | 0 |
原花青素B1 Procyanidin B1 | 0.04 ± 0.01 B | 19.60 ± 1.87 A |
原花青素B2 Procyanidin B2 | 0 | 0.07 ± 0.03 |
原花青素B3 Procyanidin B3 | 0.10 ± 0.04 B | 51.33 ± 3.87 A |
柚皮素-7-O-葡萄糖苷 Naringenin-7-O-glucoside | 0 | 0.11 ± 0.018 |
柚皮素 Naringenin | 0.03 ± 0.01 B | 0.06 ± 0 A |
芦丁 Rutin | 363.00 ± 22.72 B | 1270.00 ± 55.68 A |
香橙素(二氢山奈酚)Dihydrokaempferol | 0.16 ± 0.03 a | 0.18 ± 0.01 a |
山柰酚-3-O-芸香糖苷Kaempferol-3-O-rutinoside | 42.50 ± 3.759 a | 76.43 ± 15.37 a |
异槲皮苷Quercetin-3-O-glucoside | 143.00 ± 8.19 B | 485.67 ± 21.08 A |
图2 ‘桂花’桑椹不同发育阶段差异基因表达分析 A、B:差异基因层次聚类分析;C:模块2 KEGG富集分析;D:维恩图分析模块2的独特和共同的差异表达基因
Fig. 2 Gene expression profiles at different developmental stages of mulberry‘Guihua’ A,B:Hierarchical clustering analysis clustered DEGs into distinct modules;C:The KEGG enrichment analysis in module 2;D:A venn diagram showed the unique and common DEGs in module 2
图3 ‘桂花’和‘安椹’转色期差异表达基因鉴定 A:差异表达基因KEGG富集分析;B:‘桂花’中花青素生物合成途径的示意图;C:花青素生物合成途径相关基因的表达热图
Fig. 3 Identifcation of diferentially expressed genes during color change period in‘Anshen’and‘Guihua’plants A:The KEGG analysis of diferently expressed genes;B:Schematic representation of anthocyanin biosynthetic pathway in‘Guihua’;C:Expression of genes related to anthocyanin biosynthetic pathway
图4 类黄酮物质生物合成相关MYB基因鉴定 A:‘桂花’和‘安椹’果实转色期MYB基因表达水平;B:‘桂花’3个发育时期MYB基因表达水平;C:不同物种中MYB基因进化分析;D:MYB蛋白序列多序列比较;R2和R3结构域用下划线标出。At:拟南芥;Am:金鱼草;Md:苹果;Mn:桑树Nt:水仙;Ptr:杨树。*:表示该列氨基酸的保守性,数字代表该行氨基酸在序列中的位置数
Fig. 4 Identiffcation of MYB genes related to favonoid biosynthesis A:‘Guihua’and‘Anshen’fruit coloration stage MYB gene expression levels;B:MYB gene expression levels in the three developmental stages of‘Guihua’;C:Phylogenetic analysis of favonoid regulating MYBs in different plants;D:Multi-alignment of the protein sequence of MYBs from different species;The R2 and R3 domains were underlined. At:Arabidopsis thaliana;Am:Antirrhinum majus;Md:Malus × domestica;Mn:Morus alba;Nt:Narcissus tazetta;Ptr:Populus trichocarpa. *:Represents the conserved nature of the amino acids in the column,and the number represents the number of amino acids in the row in the sequence
转录因子结合位点 Transcription factor binding site | 靶向序列名字 Sequence name | 链 Strand | 起始位置/bp Start site | 结束位置/bp End site | P值 P-value | Q值 Q -value | 匹配序列 Matched sequence |
---|---|---|---|---|---|---|---|
GCTTGTTG | OMT(LOC21410121) | + | 1 265 | 1 272 | 1.47E-05 | 0.383 | GCTTGTTG |
OMT(LOC21410121) | + | 1 568 | 1 575 | 1.47E-05 | 0.383 | ||
rymAGTTA | PAL(LOC21407112) | + | 1 922 | 1 929 | 6.83E-05 | 1 | GCAAGTTA |
dwmwGTTr | OMT(LOC21410121) | - | 673 | 680 | 5.87E-05 | 1 | GTCAGTTG |
UFGT(LOC21403843) | - | 1 386 | 1 393 | 5.87E-05 | 1 | GACTGTTG | |
wwmaGTTr | PAL(LOC21407114) | + | 921 | 928 | 7.15E-05 | 1 | TTCAGTTG |
rsTwGkTr | C4H(LOC213945240) | + | 660 | 667 | 4.82E-05 | 0.417 | GGTAGGTG |
CHI(LOC21400267) | - | 1 491 | 1 498 | 4.82E-05 | 0.417 | GCTAGGTG | |
4CL(LOC21402620) | + | 1 507 | 1 514 | 4.82E-05 | 0.417 | GGTAGGTG | |
4CL(LOC21402620) | - | 1 744 | 1 751 | 4.82E-05 | 0.417 | ||
C4H(LOC213945240) | - | 1 825 | 1 832 | 4.82E-05 | 0.417 | GGTTGGTG | |
PAL(LOC21407114) | - | 1 967 | 1 974 | 4.82E-05 | 0.417 | GGTTGGTG | |
rbTrGTTA | CHS(LOC21400913) | - | 1 740 | 1 747 | 2.94E-05 | 1 | GCTGGTTA |
表2 MYB6转录因子结合位点预测及靶向花青素合成基因鉴定
Table 2 Prediction of MYB6 transcription factor binding sites and identification of target genes involved in anthocyanin biosynthesis
转录因子结合位点 Transcription factor binding site | 靶向序列名字 Sequence name | 链 Strand | 起始位置/bp Start site | 结束位置/bp End site | P值 P-value | Q值 Q -value | 匹配序列 Matched sequence |
---|---|---|---|---|---|---|---|
GCTTGTTG | OMT(LOC21410121) | + | 1 265 | 1 272 | 1.47E-05 | 0.383 | GCTTGTTG |
OMT(LOC21410121) | + | 1 568 | 1 575 | 1.47E-05 | 0.383 | ||
rymAGTTA | PAL(LOC21407112) | + | 1 922 | 1 929 | 6.83E-05 | 1 | GCAAGTTA |
dwmwGTTr | OMT(LOC21410121) | - | 673 | 680 | 5.87E-05 | 1 | GTCAGTTG |
UFGT(LOC21403843) | - | 1 386 | 1 393 | 5.87E-05 | 1 | GACTGTTG | |
wwmaGTTr | PAL(LOC21407114) | + | 921 | 928 | 7.15E-05 | 1 | TTCAGTTG |
rsTwGkTr | C4H(LOC213945240) | + | 660 | 667 | 4.82E-05 | 0.417 | GGTAGGTG |
CHI(LOC21400267) | - | 1 491 | 1 498 | 4.82E-05 | 0.417 | GCTAGGTG | |
4CL(LOC21402620) | + | 1 507 | 1 514 | 4.82E-05 | 0.417 | GGTAGGTG | |
4CL(LOC21402620) | - | 1 744 | 1 751 | 4.82E-05 | 0.417 | ||
C4H(LOC213945240) | - | 1 825 | 1 832 | 4.82E-05 | 0.417 | GGTTGGTG | |
PAL(LOC21407114) | - | 1 967 | 1 974 | 4.82E-05 | 0.417 | GGTTGGTG | |
rbTrGTTA | CHS(LOC21400913) | - | 1 740 | 1 747 | 2.94E-05 | 1 | GCTGGTTA |
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|
[23] |
|
[24] |
|
[25] |
|
王惠聪, 黄旭明, 胡桂兵, 黄辉白. 2004. 荔枝果皮花青苷合成与相关酶的关系研究. 中国农业科学,(12):2028-2032.
|
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[1] | 杨春梅, 于洋, 丁雨格, 夏京, 周玲, 彭磊. 转录—代谢联合分析‘贵妃’杧果腋芽转化花芽中的淀粉与蔗糖代谢途径[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1412-1426. |
[2] | 李姿燕, 陈炜曦, 李子涵, 黎茵, 梁峰铭, 曾祥利, 荐红举, 吕典秋. 基于RNA-Seq筛选调控马铃薯熟性的候选基因[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1505-1518. |
[3] | 刘亚男, 鲍丹丹, 张四普, 牛佳佳, 许志飞, 杨永锋, 鲁云风. 叶面喷施纳米硒对猕猴桃果实氨基酸含量及代谢组的影响[J]. 园艺学报, 2025, 52(6): 1575-1587. |
[4] | 张悦, 冯一了, 王蓓, 任文静, 姜春昱, 赵新宇, 王彩红, 杨丽梅, 庄木, 吕红豪, 王勇, 张扬勇, 季家磊. 甘蓝叶酸合成代谢的转录组初步分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(5): 1301-1316. |
[5] | 袁娟伟, 贾利, 王涵, 严从生, 张其安, 俞飞飞, 甘德芳, 江海坤. 辣椒种质资源疫病抗性鉴定及抗病基因挖掘[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 857-871. |
[6] | 唐伶俐, 贺玉花, 王庆涛, 安璐璐, 徐永阳, 张健, 孔维虎, 户克云, 赵光伟. 非呼吸跃变和呼吸跃变型甜瓜成熟果实的激素与转录组分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 883-896. |
[7] | 邵一帆, 朱宝庆, 王童欣, 廖建和, 吴繁花, 杨思怡, 冯建行, 于旭东. 基于激素、转录组和代谢组研究木棉皮刺的遗传调控[J]. 园艺学报, 2025, 52(4): 933-946. |
[8] | 吝茹雪, 王斐, 张艳杰, 马力, 刘肖烽, 李舒然, 刘亚龙, 王晨, 姜淑苓, 欧春青. 梨矮生相关基因转录组筛选与功能分析[J]. 园艺学报, 2025, 52(3): 545-560. |
[9] | 李芮, 王稳, 杜明辉, 刘根忠, 马方放, 包志龙. SlBON1调控番茄植株营养生长机制的研究[J]. 园艺学报, 2025, 52(1): 73-87. |
[10] | 李洁, 武超, 贾祥堑, 王娟. ‘壶瓶枣’果皮着色物质及其相关基因筛选[J]. 园艺学报, 2024, 51(8): 1728-1742. |
[11] | 匡美美, 李黎, 马建伟, 刘原, 蒋鸿霏, 雷瑞, 满玉萍, 王一帆, 黄波, 王彦昌, 刘世彪. 利用中华猕猴桃杂交后代转录组测序筛选抗溃疡病相关基因[J]. 园艺学报, 2024, 51(8): 1743-1757. |
[12] | 韩荧, 段颖, 牛一杰, 李衍素, 贺超兴, 孙敏涛, 王君, 李强, 陈双臣, 闫妍. 腐殖酸生物降解地膜提高番茄品质的转录代谢机制研究[J]. 园艺学报, 2024, 51(8): 1758-1772. |
[13] | 段敏杰, 李怡斐, 王春萍, 杨小苗, 黄任中, 黄启中, 张世才. 辣椒果实类胡萝卜素调控因子转录组和靶向代谢组分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(8): 1773-1791. |
[14] | 李文远, 林梦桦, 李亚辉, 于全琦, 梁颖, 张志勇. 梨果实代谢组学研究进展[J]. 园艺学报, 2024, 51(7): 1595-1609. |
[15] | 李琴琴, 董山榕, 罗建让, 张延龙. 卵叶牡丹PqDFR和PqANS及启动子克隆与功能分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(6): 1256-1272. |
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