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孙翊等
, 2011,
瓜叶菊
F3H
同源基因表达与花青素苷合成的相关性分析
,
分子植物育种
Vol.9 No.68 (doi: 10.5376/mpb.cn.2011.09.0068)
1501
在红色表现型植株叶片中表达，而不在绿色表现型
植株叶片中表达。在小麦
(
Triticum aestivum
)
胚芽鞘
中该基因的转录与花青素的合成也密切相关
(Himi
et al., 2005)
，在紫花苜蓿
(
Medicago sativa
)
中仅具有
的单一拷贝的该基因仅在花器官中表达
(Charrier et
al., 1995)
，在玉米
(
Zea mays
)
花药中仅有单一拷贝的
该基因的转录与黄酮醇积累密切相关
(Deboo et al.,
1995)
。因此认为，尽管
F3H
酶催化合成的二氢黄酮
醇可以作为花青素苷和黄酮醇合成所需的共同底
物
(Britsch and Grisebach, 1986)
，但是在不同物种、
不同花色表现的品种和不同颜色的组织中的该蛋
白起到的作用可能并不完全相同。所以推断在瓜叶
菊中，蓝色系舌状花中的二氢黄酮醇进一步合成有
色的花青素苷，而白色系舌状花中的二氢黄酮醇进
一步合成无色的黄酮醇类化合物，两者在类黄酮合
成途径的晚期发生了分歧。蓝色系瓜叶菊
F3H
的作
用可能是多方面的，即既是催化花青素苷合成的关
键酶，又是催化合成花黄素的关键酶。而在白色系
F3H
的作用可能仅限于催化合成花黄素。
2.4
瓜叶菊白色系品种在花色研究中的应用前景
白色花形成的机理比较多样，类黄酮代谢途径
中任意中上游基因的缺失都有可能导致白色花的
形成
(
韩科厅等
, 2008)
。本研究通过类黄酮成分的分
析以及
F3H
同源基因分子生物学分析，说明在白色
瓜叶菊舌状花的类黄酮代谢途径早期能够生成二
氢黄酮醇，与其它颜色中含有类黄酮物质的差异是
由于
F3H
基因之后的晚期反应步骤趋向的差异造成
的。分子育种工作的突出优势正在于其定向性
(
李静
和车代弟
, 2004)
。因此，通过转单一基因或少数基
因来改良花色的育种工作中，要获得花色有效改变
的植株，必需要以对受体材料原有花色遗传调控途
径的分析为基础
(
韩科厅等
, 2008)
。根据本研究结果
推断，白色系瓜叶菊舌状花中能够合成二氢黄酮
醇，为二氢黄酮醇还原酶
(
李静和车代弟
, 2004)
、黄
酮醇
3'
-羟基化酶
(
白新祥和戴思兰
, 2005)
、黄酮醇
3',5'
-羟基化酶等下游基因提供底物
(
孟丽和戴思兰
,
2004)
，因此它可以作为研究
F3H
基因下游基因功能
的良好受体材料。
2.5
F3H
同源基因不同拷贝的研究
本研究中
Southern blot
检测结果说明，
F3H
同源
基因在在白色系和蓝色系瓜叶菊基因组上均分布
有至少
2
个拷贝。据此推断，该基因在瓜叶菊基因
组中是以多拷贝形式存在的。迄今为止，已知的
F3H
同源基因在大多数物种中仅以单拷贝形式存在
(
侯
夫云等
, 2009;
吴少华和张大生
, 2002)
，然而本研究
证明
F3H
同源基因在瓜叶菊基因组上至少有
2
个拷
贝，这与圆叶牵牛中至少含有
2
个拷贝
(Clegg and
Durbin, 2000)
以及银杏中
F3H
同源基因则被证明是
以多基因家族形式存在的结果类似
(Shen et al.,
2006)
。说明不同植物中
F3H
同源基因在基因组水平
上存在着一定的差异。推测这不仅与不同植物花朵
或果实中类黄酮种类的多样性有关，而且很可能与
类黄酮具有的其它生理功能有关，比如抗氧化、光
保护和抗虫等机制
(Hodges and Derieg, 2009)
。基因
的拷贝数是花色形成调控的重要机制之一，基因家
族中不同成员间功能也有差异
(Koes et al., 1989)
。因
此进一步研究瓜叶菊中
F3H
同源基因不同成员的功
能，对于揭示其花色形成机理以及类黄酮的生理生
化功能具有重要的意义。
3
材料和方法
3.1
植物材料
瓜叶菊品种“春潮”购自中国北京市莱太花卉
市场。采用目视测色法和
Royal Horticultural Society
Colour Chart
比色法测定并获得白、红、紫及蓝
4
个
色系的植株
(
胡可等
, 2009)
。采摘
4
个色系植株盛花
期的新鲜舌状花用于色素提取。将
4
个色系植株的
叶片液分别于氮速冻后保存在-
20
℃冰箱用于基因
组
DNA
提取。将蓝色系瓜叶菊不同发育级别的舌状
花和
1
级管状花以及白色系瓜叶菊的
1
级舌状花取
下后分别于液氮中速冻后保存在-
80
℃冰箱用于
RNA
提取
(
胡可等
, 2009)
。
3.2
瓜叶菊舌状花中类黄酮的紫外-可见吸收光谱
分析
取新鲜舌状花
1 g
，加提取剂甲醇：甲酸：水
=98
：
1
：
1 (v/v/v) 10 mL
，于
4
℃冰箱，避光条件下过夜浸
提。观察到舌状花几乎呈无色。提取液于
5 000 rpm
离心
5 min
，取上清液备用。使用
TU
-
1901
双光束紫
外-可见光分光光度计
(
北京普析通用仪器有限责任
公司
)
测定提取液在
280~600 nm
波长范围内的吸收
光谱
(
采样间隔
0.5 nm,
快速扫描
,
石英比色皿光径