全 文 ：
第 37 卷第 2 期 湖南农业大学学报(自然科学版) Vol.37 No.2
2011 年 4 月 Journal of Hunan Agricultural University (Natural Sciences) Apr．2011
DIO:10.3724/SP.J.1238.2011.00139
拟南芥 psc1 突变体降低蔗糖诱导的花青素积累
袁利兵 1，张琨 1，彭志红 1，任春梅 1, 2*
(1.湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.作物基因工程湖南省重点实验室，湖南 长沙
410128)

摘 要：以拟南芥野生型和 psc1 突变体为材料，研究蔗糖(30、60、90、120、150 mmol/L)诱导花青素的积累。
结果表明：蔗糖浓度高于 60 mmol/L 时，拟南芥 psc1 突变体中花青素的积累比野生型明显降低，花青素生物合成
关键基因 DFR 的表达量减少。在无蔗糖和有蔗糖(90 mmol/L)条件下，添加表油菜素内酯进一步分析拟南芥 psc1
突变体中花青素的积累，结果显示，表油菜素内酯能显著增加拟南芥 psc1 突变体中花青素含量以及 DFR 基因的
表达。
关 键 词：拟南芥 psc1 突变体；花青素；蔗糖；表油菜素内酯
中图分类号：Q786 文献标志码：A 文章编号：1007−1032(2011)02−0139−04

The psc1 mutant reduces the accumulation of sucrose-induced
anthocyanin in Arabidopsis
YUAN Li-bing1, ZHANG Kun1, PENG Zhi-hong1, REN Chun-mei1,2*
(1. College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agicultural University, Changsha 410128, China; 2. Crop Gene
Engineering Key Laboratory of Hunan Province, Changsha 410128, China)

Abstract: Arabidopsis wild-type and psc1 mutant were used to investigate the anthocyanin accumulation induced by
sucrose. The results showed that the anthocyanin was induced by sucrose and the expression of DFR, a key gene in
anthocyanin biosynthesis, compared with wild-type, was clearly reduced in the psc1 mutant when the sucrose
concentration was higher than 60 mmol/L. The psc1 mutant was treated by epibrassinolide with or without sucrose, and it
was found that the application of epibrassinolide remarkably increased the sucrose-induced anthocyanin content and the
expression of DFR gene of the psc1 mutant as well.
Key words: Arabidopsis psc1 mutant; anthocyanin; sucrose; epibrassinolide


收稿日期：2010−09−26
基金项目：国家自然科学基金项目(30770195)
作者简介：袁利兵(1987—)，男，湖南郴州人，硕士研究生；*通信作者，rencm66@163.com
花青素(anthocyanin)作为植物的次级代谢产物，
起吸引昆虫传粉、提高植物耐寒、抗冻、抗旱及渗
透应激能力、光保护、清除自由基、抗氧化和抗病
虫害等多重作用[1−4]。花青素的生物合成受多基因控
制，环境因素会造成植物体内花青素的积累[5]，糖作
为外界环境信号能诱导植物花青素的积累[6]。拟南
芥 psc1 突变体能够部分抑制 coi1 突变体对茉莉素
的不敏感反应[7]，而 COI1 基因在蔗糖调控花青素
生物合成中有着重要作用[8]，因此推测 psc1 突变体
可能对蔗糖诱导的花青素积累有影响。笔者以拟南
芥野生型 Col-0 和 psc1 突变体为材料，研究不同蔗
糖浓度下 psc1 突变体中花青素的积累以及花青素


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生物合成关键基因 DFR[9]的表达，并利用添加表油
菜素内酯来进一步研究 psc1 突变体中花青素的积
累。
1 材料与方法
1.1 材 料
拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型(Col-0，WT)
和 psc1 突变体，由作物基因工程湖南省重点实验室
植 物 信 号 传 导 课 题 组 提 供 。 表 油 菜 素 内 酯
(epibrassinolide，epi-BL)购自 Sigma 公司，TRIzol
Reagent 购自 Invitrogen 公司，反转录试剂盒(Kit-
ReverTra Ace-α-TM)购自 Toyobo 公司。
1.2 方 法
1.2.1 植株的培养和生长条件
拟南芥 WT 和 psc1 突变体种子用消毒液浸泡 10
min 后，无菌水清洗 5 次，播种于含 30 mmol/L 蔗糖
的 1/2MS 固体培养基上，经 4 ˚C 暗处理 3 d 后，转入
23 ˚C 光照培养 7 d(每天光照 16 h)。再将拟南芥幼苗
转入新的 1/2MS 培养基，培养基中分别含 0、30、60、
90、120、150 mmol/L 蔗糖，继续生长 5 d 后提取花
青素，同时收取幼苗，经液氮处理后置－80 ˚C 保存。
将 23 ˚C 光照培养 7 d 的 psc1 突变体幼苗转至不添加
或添加 10 nmol/L 表油菜素内酯的含 0、90 mmol/L
蔗糖[8]的 1/2MS 培养基，继续光照培养，5 d 后提取
花青素，将幼苗液氮处理后置－80 ˚C 保存。花青素
提取和含量测定参照文献[10]方法进行。
1.2.2 RNA 的提取和 RT-PCR 分析
Trizol 法提取于－80 ˚C 保存的幼苗总 RNA。
RT−PCR 分析按照常规操作进行，使用 ABI−2720
Thermal Cycler 型 PCR 仪，采用反转录试剂盒进行
逆转录，得到 cDNA 第 1 条链。DFR 基因 PCR 扩
增所用的引物为：5-ATGGTTAGTCAGAAAGAGA
CCG-3和 5-GTCTTATGATCGAGTAATGCGC-3；
以 ACT2 基因为参照基因，所用引物为：5-TTCCGC
TCTTTCTTTCCAAGCTCA-3和 5-AAGAGGCATC
AATTCGATCACTCA-3。反应体系(20 µL)为：cDNA
1 µL，10×Buffer 2 µL，dNTPs(10 mmol/L) 0.5 µL，
Taq 酶(5 U/µL)0.3 µL，引物各 0.8 µL，补水至 20 µL。
对 DFR 和 ACT2 基因分别进行 PCR 扩增， PCR 反
应程序为：95 ℃预变性 2 min，94 ℃变性 30 s，55 ℃
退火 30 s，72 ℃延伸 60 s，共 26 个循环，最后 72 ℃
延伸 10 min。RT−PCR 产物经 2%琼脂糖凝胶电泳
检测。
2 结果与分析
2.1 拟南芥psc1突变体在不同蔗糖浓度下花青素
的积累
从图 1 可以看出，WT 和 psc1 突变体的花青素
积累量随着蔗糖浓度升高而增加，当蔗糖浓度为 30
mmol/L 时，WT 和 psc1 突变体中花青素积累量与
无糖时相近；浓度为 60 mmol/L 时，psc1 突变体中
花青素含量开始低于 WT，随着蔗糖浓度的升高，
两者的差距变得愈发明显。蔗糖浓度为 150 mmol/L
时，花青素积累的差异尤为显著，psc1 突变体中花
青素积累已经远低于 WT 中的，这说明突变体 psc1
减少了蔗糖所诱导的花青素积累。
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 30 60 90 120 150
花
青
素
相
对
含
量
WT psc1

蔗糖浓度/ (mmol·L−1)
图 1 不同蔗糖浓度下拟南芥花青素的积累
Fig.1 Anthocyanin accumulation of Arabidopsis induction by different
concentration of sucrose
2.2 不同浓度蔗糖处理下 DFR 基因的表达
选取 0 mmol/L 和 150 mmol/L 蔗糖处理的拟南
芥幼苗 RNA 进行 RT−PCR 分析，结果(图 2)显示，
在无蔗糖条件下，WT 和 psc1 突变体中 DFR 基因几


第 37 卷第 2 期 袁利兵等 拟南芥 psc1 突变体降低蔗糖诱导的花青素积累 141
乎不表达；当蔗糖浓度为 150 mmol/L 时，DFR 基因
得到表达，但与 WT 相比，psc1 突变体中 DFR 基因
的表达较弱，这与两者花青素积累的变化趋势一致。

1、2 分别为 WT 0、150 mmol/L 蔗糖处理；3、4 分别为 psc1 突变
体 0、150 mmol/L 蔗糖处理。
图 2 蔗糖诱导 DFR 基因 RT-PCR 检测结果
Fig.2 RT-PCR anaylsis results of DFR gene induction by sucrose
2.3 表油菜素内酯处理下psc1突变体中花青素的
积累
在无糖时，添加表油菜素内酯，对拟南芥 psc1
突变体花青素的积累影响甚微；当培养基中蔗糖浓
度为 90 mmol/L 时，添加 10 nmol/L 表油菜素内酯，
拟南芥 psc1 突变体的花青素比未添加的有明显升
高。表明表油菜素内酯促进了 psc1 突变体中蔗糖诱
导的花青素积累。
0
0.5
1
1.5
2
0 90
蔗糖浓度/ (mmol•L-1)
花
青
素
相
对
含
量
0 nmol／L epi-BL
10 nmol／L epi-BL

图 3 蔗糖和表油菜素内酯处理下拟南芥 psc1 突变体花青
素的积累
Fig.3 Anthocyanin accumulation of psc1 mutant with the treatment of
sucrose and epi-BL
2.4 表油菜素内酯处理下 psc1 突变体中 DFR 基因
的表达
通过 RT−PCR 分析(图 4)得出，当无蔗糖添加
时，psc1 突变体 DFR 基因的表达量都非常低；当
含有蔗糖处理时，DFR 基因得到表达，经 10 nmol/L
表油菜素内酯处理后，DFR 基因表达强烈。说明表
油菜素内酯在蔗糖存在情况下促进了 psc1 突变体
中 DFR 基因的表达。

1、3 分别为不添加蔗糖的 0、10 nmol/L epi-BL 处理；2、4 分别为
90 mmol/L 蔗糖下的 0 、10 nmol/L epi-BL 处理。
图 4 蔗糖和表油菜素内酯处理下拟南芥 psc1 突变体 DFR
基因 RT-PCR 检测结果
Fig.4 RT-PCR anaylsis results of DFR gene of psc1 mutant with the
treatment of sucrose and epi-BL
3 讨 论
研究表明，糖与花青素的积累密切相关[11-12]，
糖作为一种信号分子，通过特异的信号传导途径调
节花青素合成相关酶基因的表达，进而影响植物花
青素的积累[13]。Teng 等[14]和 Solfanelli 等[15]研究发
现，蔗糖能够诱导拟南芥花青素生物合成途径中的
某些基因增加其表达量，使植株中花青素的含量增
加。本试验用拟南芥 WT 和 psc1 突变体研究不同浓
度蔗糖诱导花青素的积累，结果与 Baier 等[16]报道
的高糖敏感突变体植株对不同蔗糖浓度表现出相
应花青素积累量的研究结果一致，即蔗糖浓度影响
花青素的积累。由于 psc1 突变体是 DWF4 基因的
弱突变体，表现出芸薹素生物合成缺陷型突变体
dwf4 的部分表型[7]，因此用添加外源芸薹素表油菜
素内酯进一步研究 psc1 突变体中蔗糖诱导花青素
积累情况。研究发现，表油菜素内酯对花青素的影
响需要蔗糖的参与，这与相关研究发现外源植物激
素只有在糖存在时才能诱导花青素生物合成相关
基因的表达[8]一致。
各种植物激素与糖相互作用形成一个复杂的
信号网络，通过综合作用调节花青素的生物合成。
不同激素与糖的相互作用对花青素生物合成的影
响不同。在拟南芥中，茉莉素和脱落酸对蔗糖有协
同作用，都增强花青素合成途径中的大部分基因的
表达，而赤霉素却抑制这一类基因的表达[8]。本研
究显示，psc1 突变体中蔗糖所诱导的花青素积累减
少，并且降低蔗糖诱导的 DFR 基因的表达。而添
加表油菜素内酯后能够促进 psc1 突变体中蔗糖诱
导的花青素积累和 DFR 基因的表达。这意味着芸
薹素可能与茉莉素和脱落酸一样，能协同蔗糖调节
1 2 3 4
DFR
ACT2
1 2 3 4
DFR
ACT2
ol/L epi-BL
nmol/L epi-BL


142 湖南农业大学学报(自然科学版) http://www.hnndxb.com 2011 年 4 月
花青素生物合成的过程。
植物体内调控花青素生物合成的基因除结构
基因外，还包括编码调控花青素合成的转录因子的
调节基因[17−18]，因此，激素与糖之间的相互作用对
花青素积累的调控显得更为复杂。此外，植物体内
激素之间彼此也存在着复杂的相互作用，psc1 突变
体中 DWF4 基因的表达缺陷及外源芸薹素表油菜素
内酯在与蔗糖相互作用时是否又与内源激素系统
发生复杂的相互作用，从而影响花青素的生物合
成，还有待深入研究。
参考文献：
[1] Martin C, Gerats T. Control of pigment biosynthesis
genes during petal development[J]. Plant Cell, 1993,
5(10): 1253−1264.
[2] Dixon R A, Steele C L. Flavonoids and isoflavonoids: A
gold mine for metabolic engineering[J]. Trends Plant Sci,
1999, 4(10): 394−400.
[3] Harborne J B, Williams C A. Advances in flavonoid
research since 1992[J]. Phytochemistry, 2000, 55(6):
481−504.
[4] Shirley B W. Flavonoid biosynthesis：A colorful model
for genetics, biochemistry, cell biology, and biotechnolo-
gy [J]. Plant Physiol, 2001, 126(2): 485−493.
[5] Chalker-Scott L. Environmental significance of antho-
cyanins in plant stress responses [J]. Photochemistry and
Photobiology, 1999, 70(1): 1−9.
[6] Weiss D. Regulation of flower pigmentation and growth:
Multiple signaling pathways control anthocyanin
synthesis in expanding petals[J]. Physiol Plant, 2000,
110(2): 152−157.
[7] Ren C M, Han C Y, Peng W, et al. A leaky mutation in
DWARF4 reveals an antagonistic role of brassinosteroid
in the inhibition of root growth by jasmonate in
Arabidopsis [J]. Plant Physiol, 2009, 151(3): 1412−1420.
[8] Loreti E, Povero G, Novi G, et al. Gibberellins, jasmonate
and abscisic acid modulate the sucrose- induced
expression of anthocyanin biosynthetic genes in
Arabidopsis [J]. New Phytol, 2008, 179(4): 1004−1016.
[9] OReilly C, Shepherd N S, Pereira A, et al. Molecular
cloning of the a1 locus of Zea mays using the
transposable elements En and Mu1[J]. EMBO J, 1985,
4(4): 877−882.
[10] Deikman J, Hammer P E. Induction of anthocyanin
accumulation by cytokinins in Arabidopsis thaliana[J].
Plant Physiol, 1995, 108(1): 47−57.
[11] Moalem-Beno D, Tamari G, Leitner-Dagan Y, et al.
Sugar-dependent gibberellin-induced chalcone synthase
gene expression in petunia corollas[J]. Plant Physiol, 1997,
113(2): 419−424.
[12] Neta-Sharir I, Shoseyov O, Weiss D. Sugars enhance the
expression of gibberellin-induced genes in developing
petunia flowers[J]. Physiologia Plantarum, 2000, 109(2):
196−202.
[13] Sheen J, Zhou L, Jang J C. Sugars as signaling molecules
[J]. Current Opinion in Plant Biology, 1999, 2(5):
410−418.
[14] Teng S, Keurentjes J, Bentsink L, et al. Sucrose-specific
induction of anthocyaninbiosynthesis in Arabidopsis
requires the MYB75/PAP1 gene[J]. Plant Physiol, 2005,
139(4): 1840−1852.
[15] Solfanelli C, Poggi A, Loreti E, et al. Sucrose-specific
induction of the anthocyanin biosynthetic pathway in
Arabidopsis[J]. Plant Physiol, 2006, 140(2): 637−646.
[16] Baier M, Hemmann G, Holman R, et al. Characterization
of mutants in Arabidopsisshowing increased sugar-
specific gene expression, growth, and developmental
responses[J]. Plant Physiol, 2004, 134(1): 81−91.
[17] Holton T A, Cornish E C. Genetics and biochemistry of
anthocyanin biosynthesis[J]. Plant Cell, 1995, 7(7):
1071−1083.
[18] Springob K, Nakajima J, Yamazaki M, et al. Recent
advances in the biosynthesis and accumulation of
anthocyanins [J]. Nat Prod Rep, 2003, 20(3): 288−303.

责任编辑：罗慧敏
英文编辑：易来宾