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Isolation and Expression of PlbHLH3 Transcription Factor Genes in Paeonia lutea

云南野生黄牡丹PlbHLH3转录因子基因的克隆与表达



全 文 :林业科学研究 2015,28(4):488 496
ForestResearch
  文章编号:10011498(2015)04048809
云南野生黄牡丹 PlbHLH3转录因子
基因的克隆与表达
史倩倩,周 琳,李 奎,王 雁
(中国林业科学研究院林业研究所,国家林业局林木培育重点实验室,北京 100091)
收稿日期:20140829
项目基金:“863”计划(SQ2010AA1000687008)、国家自然科学基金项目(31201654)
作者简介:史倩倩(1987—),女,在读博士.主要研究方向:花卉遗传改良.电话:15210036859;Email:shiqianqian2005@163.com
 通讯作者:王 雁,国家林业局林木培育重点实验室(中国林业科学研究院林业研究所),研究员.Email:chwy8915@sina.com
摘要:以云南野生黄牡丹为试材,基于已构建的花瓣转录组数据库,筛选到了24个与花色素苷合成相关的bHLH转
录因子蛋白同源性高的Unigene序列,命名为PlbHLH1 24。通过开放阅读框(ORF)的氨基酸序列比较和系统进
化树分析,发现PlbHLH3可能参与调控花色素苷合成,其ORF包含一个 2040bp的开放阅读框,编码一个679个氨
基酸的蛋白;其氨基酸序列与葡萄VvMYC1和苹果MdbHLH3的亲缘关系最近,相似性达60%以上。相对荧光定量
PCR分析表明,PlbHLH3在黄牡丹和紫牡丹的不同组织中均有表达,在两者的花药,心皮和花瓣中的表达显著高于
在萼片和叶片中的表达;PlbHLH3在紫牡丹的硬蕾期高丰度表达,而在黄牡丹的硬蕾期表达量最低,在其他4个时
期的表达量显著或极显著高于在硬蕾期的表达量。本研究推测PlbHLH3参与黄牡丹花色素苷合成的调控作用,为
今后深入探讨黄牡丹花色形成机制奠定理论基础。
关键词:黄牡丹;bHLH;花色素合成;基因克隆;表达分析
中图分类号:S685.11 文献标识码:A
IsolationandExpressionofPlbHLH3Transcription
FactorGenesinPaeonialutea
SHIQianqian,ZHOULin,LIKui,WANGYan
(LaboratoryofTreeBreedingandCultivation,StateForestryAdministration,ResearchInstituteofForestry,
ChineseAcademyofForestry,Beijing 100091,China)
Abstract:TwentyfourunigenesequencessharedhighhomologywithbHLHtranscriptionfactorproteininvolvedin
plantanthocyaninbiosynthesiswereobtainedfrompreviousconstructedtreepeony(Paeonialutea)petaltranscriptome
databaseandnamedasPlbHLH1 24.Byaminoacidsequencecomparingandphylogenetictreeanalysis,itshowed
thatPlbHLH3wasconsideredtoberelatedtoregulateanthocyaninbiosynthesis,containeda2040bpORFencoding
679aminoacidresidueswithtypicalbHLHstructuraldomain;thepredictedproteinsequenceofPlbHLH3alsoshared
highsimilaritywithotherbHLHtranscriptionfactorthatrelatedtoanthocyaninbiosynthesissuchasVvMYC1andMd
bHLH3.RelativeRealTimePCRanalysisindicatedthatPlbHLH3expressedindiferenttissuesofP.luteaandP.
delavayi,theexpressionincarpel,antherandpetalwassignificantlyhigherthanthatinsepalandleaf;PlbHLH3
reachedthehighestabundanceatearlystageofP.lutea,.ForP.delavayi,thePlbHLH3reachedthelowestlevelat
earlystage,andwassignificantlyorextremelysignificantlylowerthanthatinotherfourstages.Inconclusion,itisin
feredthatPlbHLH3mightassociatewiththeregulatoryofanthocyaninbiosynthesisinP.luteaandthiswouldprovide
thebasisforinsightintothemolecularmechanismsunderlyingtreepeonyyelowflowerpigmentation.
Keywords:Paeonialutea;bHLH;anthocyaninbiosynthesis;genecloning;expressionanalysis
第4期 史倩倩等:云南野生黄牡丹PlbHLH3转录因子基因的克隆与表达
花色素主要包括类黄酮、类胡萝卜素、叶绿素和
甜菜色素及其衍生物,其中类黄酮是大多数花色形
成的决定性素群[1],多分布于种子植物的叶、花、果
实、种子及其他组织的液泡中。花色素生物合成由
结构基因和调控基因共同调控[2],其中目前研究证
明花色素合成的转录因子包括 MYB蛋白、bHLH蛋
白和WD40重复蛋白[3]。
bHLH(basichelixloophelix,碱性螺旋-环-螺
旋)转录因子构成了真核生物蛋白质中的一个大家
族,其成员在生物的生长发育调控过程中起着非常
重要的作用。每个 bHLH基序约由60个氨基酸组
成,其中的19个位点具有高度保守性,含有两个亚
功能区,即位于C末端的HLH区域和N末端的碱性
氨基酸区域[4]。bHLH转录因子在植物的花色素合
成[5]、花器官发育[6-7]、光形态建成[8]、激素应
答[9-12]、金属离子体内平衡[13-14]等方面发挥重要
作用。目前拟南芥(Arabidopsisthaliana)TT8、玉米
(Zeamays)(Lc、B、R/B)、水稻(OryzasativaLinn)
OSB1、矮牵牛(Petuniahybrida)(AN1、AN4、AN11)、
金鱼草(Antirhinummajus)Delila、牵牛(Ipomoeanil)
(InDEL、InIVS、InbHLH3)、非洲菊(Gerberajameso
ni)gmyc1、龙胆(Gentianascabra)GtbHLH1、亚洲杂
交百合(Asianhybridlily)LhbHLH2、苹果(Malusdo
mestica)MdbHLH3等多种植物的调控花色素合成相
关基因的bHLH转录因子得到了克隆并进行了功能
鉴定[15-28]。
云南野生黄牡丹(Paeonialutea)是中国西南地
区特有种,属于芍药科芍药属牡丹组的落叶亚灌
木[29-32],不仅是我国特有的珍贵木本花卉和具极高
药用价值的药用植物,而且是牡丹花色改良育种的
珍稀育种资源[33]。目前虽然中原牡丹的花色素合
成途径的部分结构基因(PsCHS1、PsCHI1、PsDFR1、
PsF3H1、PsF3’H1、PsANS1)已被分离[34-35],但关于
黄牡丹的花色素代谢途径的结构基因和转录因子基
因bHLH还未见报道。因此本研究拟依据黄牡丹转
录组测序获得的 unigene信息并结合 RTPCR和
RACE技术,克隆并筛选出与花色素苷相关的候选
bHLH基因,并对其在黄牡丹和紫牡丹(P.delavayi)
不同发育阶段和花盛开期的不同组织中的表达模式
进行分析,为探究 bHLH转录因子在黄牡丹花色形
成过程中的作用,特别是为牡丹花色定向遗传改良
和品种创新提供新的理论依据和基因资源。
1 材料与方法
1.1 实验材料
4月底至5月上旬,采取位于滇西北香格里拉
县城以西25km左右的滑雪场附近(27°57′N,99°
35′E)的黄牡丹(P.lutea)和紫牡丹(P.delavayi)的
5个时期(stage1:硬蕾期、stage2:圆桃期、stage3:透
色期、stage4:初开期和stage5:盛开期)的花瓣及盛
开期(stage5)的叶片、萼片、雄蕊和雌蕊,取下后分
别用锡箔纸包好,立即用液氮速冻后于 -80℃冰箱
中保存备用。
A:黄牡丹(左)和紫牡丹(右)盛开期的花;B:黄牡丹的5个开放时期
图1 试验材料
984
林 业 科 学 研 究 第28卷
1.2 基因全长序列的克隆
采用改进的 CTAB法[35]提取试验材料的总
RNA。检测质量合格后,以1μg总 RNA为模板,利
用MMLV反转录酶(Promega公司)合成 cDNA第
一链。然后根据已测得的黄牡丹转录组数据库中的
bHLH转录因子Unigene信息设计特异引物(表1)。
PCR扩增产物经1.2%琼脂糖凝胶检测,凝胶回收
与预期片段大小一致的条带,连接到 PMDT19载体
(Takara)上,再转化到大肠杆菌 DH5a,通过蓝白筛
选及质粒酶切鉴定后,由北京中美泰和科技公司进
行测序。其中引物设计采用 PrimerPremier5.0和
DNAMAN(ver.6.0.3.99)软件进行。除 RACE实验
中通用引物为试剂盒附带以外(序列见 SMARTTM
RACEcDNAAmplificationKit说明书),其余各基因
扩增引物委托上海生工生物公司合成,序列如表
所示。
表1 黄牡丹bHLH基因克隆及表达分析所用引物
作用 基因 Unigene编号 引物序列(5’3’)
分离基因
qRTPCR
PlbHLH3 CL4938.contig2
PlbHLH5 CL6535.contig2
PlbHLH8 Unigene9277
PlbHLH9 CL10589.contig1
PlbHLH11 Unigene1483
PlbHLH12 Unigene2862
PlbHLH15 Unigene9522
PlbHLH17 Unigene9611
PlbHLH24 Cl2997.contig6
PlbHLH3 CL4893.contig2
Helicase CL6029.Contig2
CACTACTCCCCTCCACAATCCTCATCT 5'RACE
TTTAGCGTGCCATTTCTTCACAACA 3'RACE
TGGAGTGGTAGAATTGGGGTCTGTG 3'RACE
CCTTTGCTTCTCAGGCTGTATGGTT 5'RACE
TCTGGAGGCAATGGATTACATACGAT 3'RACE
AAGGGGTTTGCCATATCGCTGA 5'RACE
TGGGGCTTCTTCTTGTTCCTCTGC 3'RACE
TCCTAGCTTTCTTTAGAGCCCCACC 5'RACE
ACCACTGACTATTGGAACCTGCTTTG 5'RACE
TCCCAGTTCGGTTGGAATGTATGA 3'RACE
CCTTTGATTTTCTTGTCCTTGTTCTCG 5'RACE
AGAGGCAAAGAGGTCGTATGAAGTGG 3'RACE
TCTTTGTCCACTGGTTCATTCGTCTT 5'RACE
GACCTATCCCACTCAAGCACCTCC 3'RACE
TGTAAGGGAACCACAAAGACAGGAGC 5'RACE
AGTCGGATCAGCAGAATAATGGAAAGG 3'RACE
GGAACCGCAAAGGACGACTA/CGTAGGCGGCAAACTATCCA
GAGTGCGGGTTGAATCGTTG/AAGATTTCTGGATAGGTCTGTGGC
1.3 生物信息学分析
利用DNAMAN6.0软件进行序列翻译和氨基酸
相似性比对,并通过 ExPASYProtparam(htp://
www.expasy.org/compute_pi/)运用 ComputepI/Mw
软件对目的基因编码蛋白等电点和分子量进行预
测,并运用ProtScale软件对其疏水性预测分析。联
网至 htp://www.ncbi.nlm.nih.gov/structure/cdd/.
wrpsb.cgi预测蛋白质保守结构域。利用MEGA5.2.
2软件中的NeighborJoining(邻位相连法,NJ)法进
行系统进化树分析。
1.4 qRTPCR表达分析
以Helicase为内参基因,应用 qRTPCR法分析
PlbHLH3在不同发育阶段和不同组织的表达模式,
引物序列见表 1。反转录反应体系为:总 RNA2
μL,5×PrimeScriptTMRTEnzymeMixⅠ1μL,Random
primer(100μmol·L-1)和 OligodTprimer(50μmol
·L-1)各1μL,RNAfreeH2O11μL。参照TaKaRa
公司的荧光定量试剂盒 STBRPrimeScriptTMRTPCR
Kit说明书,建立20μL反应体系:cDNA模板2μL,
2×SYBRPremixExTaqTM10μL,特异引物(10μmol
·L-1)0.4μL,50×ROXReferenceDyeⅡ0.4μL,
H2O6.8μL。荧光定量 PCR在 ABI7500实时定量
PCR仪上进行,反应程序为95℃,30s;40个循环:
95℃,5s;60℃,30s;通过加热扩增产物 60至
95℃,获得溶解曲线。每个试验设 3次重复,利用
ABI7500PCR仪 SequenceDetectionsoftware软件进
行数据分析。
2 结果与分析
2.1 黄牡丹PlbHLH基因家族的分离及花色素苷相
关bHLH转录因子的筛选
  对本课题组前期构建的黄牡丹花瓣转录组数据
库(未发表)进行 Blastx分析发现有 31个 Unigene
注释为 bHLH转录因子(表 2)。但其中同一 Uni
gene的不同 contig的序列一致性很高,如 CL6977.
contig1与 CL6977.contig2的序列一致,CL10589.
094
第4期 史倩倩等:云南野生黄牡丹PlbHLH3转录因子基因的克隆与表达
contig1与 CL10589.contig2 序 列 完 全 相 同,
CL13397.Contig1与 CL13397.Contig2序列相同,
CL14660.Contig1与 CL14660.Contig2序列相似等。
据此推测24个 bHLH序列可能参与调控花色素苷
合成。其中9个bHLH转录因子序列较短或均在保
守区域,需要根据unigene信息设计特异引物,利用
RACE技术对其进行ORF全长扩增(表1)。然后将
这24个PlbHLH成员与已经鉴定了调控花色素合成
的bHLH转录因子,如拟南芥 TT8、玉米(Lc、B、R/
B)、水稻 OSB1、矮牵牛(AN1、AN4、AN11)、金鱼草
Delila、牵牛(Ipomoeapurpurea)(InDEL、InIVS、In
bHLH3)、非洲菊 gmyc1、龙胆 GtbHLH1、亚洲杂交百
合LhbHLH2、苹果(MdbHLH3、MdbHLH33)等多种植
物进行系统进化树分析[15-28](图2)。由图可见:Pl
bHLH3与葡萄 VvMYC1先聚类在一起,再与苹果
MdbHLH3、矮牵牛 PhAN1聚为一枝,与其他植物调
控花色素合成的bHLH基因聚类在一起;而其他23
个bHLH成员聚为一大枝;这说明PlbHLH3可能参
与花色素合成的调控。
表2 与bHLH转录因子基因相关的24个Unigene基本信息
Unigene编号 Unigene长度/bp Blastx比对结果
CL6535.Contig1 1635 transcriptionfactorbHLH13[Vitisvinifera]
CL6977.Contig1 1284 transcriptionfactorbHLH123like[Vitisvinifera]
CL6977.Contig2 330 transcriptionfactorbHLH123like[Vitisvinifera]
CL7910.Contig2 753 transcriptionfactorbHLH35like[Fragariavescasubsp.vesca]
CL10589.Contig1 1593 transcriptionfactorbHLH49like[Vitisvinifera]
CL10589.Contig2 249 transcriptionfactorbHLH49like[Vitisvinifera]
CL13397.Contig1 396 TranscriptionfactorbHLH61isoform2[Theobromacacao]
CL13397.Contig2 477 TranscriptionfactorbHLH61isoform2[Theobromacacao]
CL14660.Contig1 1620 transcriptionfactorICE1isoform1[Vitisvinifera]
CL14660.Contig2 1620 transcriptionfactorICE1isoform1[Vitisvinifera]
Unigene1483 1008 transcriptionfactorbHLH68[Vitisvinifera]
Unigene2862 1491 TranscriptionfactorbHLH69,putativeisoform1[Theobromacacao]
Unigene6893 645 transcriptionfactorbHLH104like[Vitisvinifera]
Unigene9277 456 transcriptionfactorbHLH113like[Fragariavescasubsp.vesca]
Unigene9293 699 transcriptionfactorbHLH51like[Vitisvinifera]
Unigene9522 819 transcriptionfactorbHLH63like[Vitisvinifera]
Unigene9596 864 transcriptionfactorbHLH71[Vitisvinifera]
Unigene9611 861 transcriptionfactorbHLH96like[Vitisvinifera]
Unigene11808 2169 transcriptionfactorbHLH140like[Vitisvinifera]
Unigene12352 2115 DNAbindingsuperfamilyprotein,putativeisoform1[Theobromacacao]
Unigene13617 918 transcriptionfactorUNE12[Vitisvinifera]
Unigene20504 711 transcriptionfactorbHLH147[Vitisvinifera]
Unigene22890 837 transcriptionfactorbHLH79isoform1[Vitisvinifera]
CL2253.Contig1 930 TranscriptionfactorbHLH69,putative[Theobromacacao]
CL2253.Contig2 1041 TranscriptionfactorbHLH69,putative[Theobromacacao]
CL2306.Contig2 372 transcriptionfactorbHLH62like[Vitisvinifera]
CL2306.Contig4 1299 transcriptionfactorbHLH62like[Vitisvinifera]
CL2843.Contig1 789 bHLHlikeDNAbindingprotein[Vitisvinifera]
CL2843.Contig2 789 bHLHlikeDNAbindingprotein[Vitisvinifera]
CL2997.Contig6 645 transcriptionfactorbHLH47likeisoform1[Vitisvinifera]
CL2997.Contig7 387 transcriptionfactorbHLH47likeisoform1[Vitisvinifera]
2.2 黄牡丹PlbHLH3cDNA序列分析
利用 NCBI提供的 ORFFinder进行分析发现
PlbHLH3cDNA包含一个 2040bp的开放阅读框
(openreadingframe,ORF)和一个poly(A)尾巴,5’非
编码区长265bp,3’非编码区长127bp。其ORF编
码一个含679个氨基酸的蛋白质(图3),Protparam
(htp://www.expasy.org/compute_pi/)预测所编码
蛋白的分子量(Mw)为 167.364kD,理论等电点
194
林 业 科 学 研 究 第28卷
(pI)为4.90。
IpBH2a:ABW69686;IpBH2b:;ABW69687;IpBH2c:
ABW69687;InIVS:BAE94394;ItbHLH2:BAD18984;
PfEGL3:AB103172; PfF3G1: BAC56998; PhAN1:
AAG25927; MdbHLH3: ADL36597; VvMYC1:
ACC68685; AtTT8: AJ277509; DvIVS: BAJ33516;
ZmIN1: AAB03841; ZmLC: ABD72707; ZmB:
CAA40544;OsRa:AAC49219;MdbHLH33:ABB84474;
AtMYC1:BAA11933;AtEGL3:NP_176552;AtGL3:NP_
680372;DvDEL:BAJ33516;AmDEL:AAA32663;Pf
MYCRP:BAA75513;PhJAF13:AAC39455;InDEL:
AB232774;InbHLH3:BAE94395
图2 PlbHLH1 24与其他物种bHLH氨基酸序列
的系统进化树分析
M:DNAmarkerDL2000.A:5’RACE扩增;B:3’RACE扩增;
C:ORF扩增产物
图3 黄牡丹PlbHLH3基因的PCR扩增电泳
利用 BlastP对 PlbHLH3编码的蛋白保守域进行预
测发现,PlbHLH3编码的蛋白的保守结构域为 HLH
(图4-A)。在HLH保守域的特异位点(图5)包括
由6个残基组成的DNA结合位点(第472、473、474、
476、496、499个氨基酸残基),1个残基组成的 E
box/Nbox特异位点(第473个氨基酸残基)和14个
残基构成的二聚接口(第 481、482、485、486、488、
489、501、504、508、509、510、514、516、517个氨基酸
残基);HLH保守域的非特异位点分两类:一类是螺
旋-环-螺旋 DNA结合域(图4-A),另一类是he
lixloophelix域(图4-A),属于典型的碱性 -螺旋
-环 -螺旋(basichelixLoopHelix)结构域。其编
码蛋白的疏水性分析表明,编码蛋白均为为亲水区
(图4-B)。三级结构预测,其模型相似度与4f2lB
模型达到34.55% (图 4-C)。
A.结构域分析;B疏水性分析.;C.三级结构预测
图4 黄牡丹PlbHLH3基因的生物信息学分析
294
第4期 史倩倩等:云南野生黄牡丹PlbHLH3转录因子基因的克隆与表达
利用DNAMAN软件对黄牡丹 PlbHLH3编码氨
基酸与其他物种花色素苷合成相关的 bHLH蛋白进
行同源性分析。结果发现,黄牡丹 PlbHLH3与已知
其他植物的调控花色素合成的 bHLH蛋白氨基酸序
列有较高的同源性,其中与葡萄 VvMYC1相似性最
高,达63.37%;其次与苹果 MdbHLH3和 PhAN1相
似性也较高,分别为 62.50%和 51.98%;与玉米
ZmIN1和拟南芥AtTT8相似性最低,分别为34.03%
和34.65% (图5)。氨基酸序列比对结果分析与构
建的系统进化树(图 2)分析结果一致,说明 Pl
bHLH3基因参与花色素合成的调控。
方框处为DNA结合位点;星号处为Ebox/Nbox特异位点;下划线处为二聚接口。
AtTT8:拟南芥,DvIVS:大丽花 ,InIVS:牵牛花 ,MdbHLH3:苹果,PfEGL3:白苏,PhAN1:矮牵牛,VvMYC1:葡萄,ZmIN1:玉米。
图5 PlbHLH3与其他植物氨基酸序列的同源性比较
2.3 相对荧光定量PCR表达分析
以黄牡丹Helicase基因为内参照,采用荧光定量
PCR方法对黄牡丹和紫牡丹的不同发育时期(图6
-A)和盛开期的不同组织(图6-B)中PlbHLH3的
表达进行检测,结果表明,PlbHLH3在黄牡丹和紫牡
丹的不同时期的表达模式不同,在紫牡丹的硬蕾期
高丰度表达,在其他4个开放时期的表达量相似,极
显著低于在硬蕾期的表达量;而在黄牡丹的硬蕾期
表达量最低,在其他4个时期的表达量显著或极显
著高于在硬蕾期的表达量,在第2、3、4时期的表达
量相似。
PlbHLH3在黄牡丹和紫牡丹盛开期的不同组织
中均有表达。在黄牡丹的组织中,表达量从高到低
依次为心皮、花药、花瓣、萼片和叶片,在叶片中的表
达量显著低于在其他组织中的表达量。而在紫牡丹
的花药中的表达量最高,其次是心皮和花瓣,在叶片
中的表达量最低。这与黄牡丹和紫牡丹的不同组织
的形态一致。
394
林 业 科 学 研 究 第28卷
A.PlbHLH3在不同发育阶段的表达模式,1 5:花瓣的五个发育阶段 ;B.PlbHLH3在盛开期的不同组织中的表达
模式
□ 黄牡丹;■ 紫牡丹
图6 在黄牡丹和紫牡丹中PlbHLH3转录因子的相对表达量
3 讨论
bHLH转录因子蛋白具有典型的碱性螺旋 -环
-螺旋(basicHelixLoopHelix,HLH)结构域,以二
聚体的形式结合到特异的DNA序列上,调控下游基
因的表达[36]。本研究分离得到的 PlbHLH3基因所
推测编码的蛋白序列也具有 bHLH结构域,表明黄
牡丹PlbHLH3基因属于bHLH类转录因子基因。
bHLH转录因子以多基因家族形式存在植物体
内,参与多种植物生命活动,如类黄酮生物合成[5]、
植物逆境胁迫响应[37-38]、雄蕊和花粉粒发育[6-7]
等,其中调节类黄酮生物合成是植物 bHLH转录因
子最重要的功能之一。Li对拟南芥和水稻bHLH家
族基因序列和表达活性的研究表明序列相似的
bHLH基因在水稻和拟南芥中具有相似的功能[39]。
本研究分离得到的24个 bHLH基因中,PlbHLH3基
因所编码的蛋白质序列与调控花色素苷合成的
bHLH蛋白同源性较高如葡萄 VvMYC1[40]、苹果
MdbHLH3[41]和矮牵牛 PhAN1[42],推测 PlbHLH3基
因可能参与调控黄牡丹花色素的生物合成。Pl
bHLH3基因的生物学功能还需后续工作进行阐明,
如探究其表达规律、研究基因功能等。
bHLH转录因子对植物花色素合成基因的表达
的调控作用,具有组织特异性。如金鱼草的 bHLH
转录因子 DELILA的表达具有较强的组织特异性,
主要在花冠、萼片、子叶和茎中起作用[43];矮牵牛
PhAN1在其花色素生物合成调控中起重要作用,主
要参 与 花 瓣 或 花 药 花 色 素 生 物 合 成 的 调
控[25,42,44-46]。bHLH转录因子与 MYB蛋白相互作
用共同调控花色素的合成,如非洲菊的 R2R3MYB
蛋白GMYB10与bHLH蛋白 GMYC1相互作用共同
激活DFR表达,且GMYC1具有较强的器官、组织和
花类型特异性。如其调节花冠和心皮中的 DFR表
达,对冠毛和雄蕊中却不调节[47]。本研究中,Pl
bHLH3在黄牡丹和紫牡丹的花药,心皮和花瓣中的
表达显著高于在萼片和叶片中的表达,这与两者的
不同组织的形态一致。
黄牡丹的花瓣的花色素成分主要为查尔酮和黄
酮、黄酮醇的混合物,包括2’,4’,6’,4四羟基查尔
酮、异杞柳苷及山奈酚、槲皮素、异鼠李素、金圣草素
等[48,49],而紫牡丹的花瓣的花色素成分主要是芍药
花素3,5二葡糖苷[50-51]。PlbHLH3在紫牡丹的硬
蕾期高丰度表达;而在黄牡丹的硬蕾期表达量最低,
在其他4个时期的表达量显著或极显著高于在硬蕾
期的表达量,在第2、3、4时期的表达量相似,这与
PsDFR1中原牡丹的紫色系和黑色系品种的花瓣的
整个着色过程中都保持较一致的表达水平,而在黄
色系品种的‘透色期’表达量达到最高,并随着花朵
的开放表达量逐渐降低[35]。同时这与切花菊
(Chrysanthemum×morifoliumRamat.)的bHLH在不
同发育时期的表达模式基本一致,即转录因子
bHLH表达先于结构基因在蕾期即有强烈表达[52]。
因此综合研究结果表明 PlbHLH3转录因子参与调
控黄牡丹的花色素合成,其如何发挥作用及与 MYB
转录因子和WDR重复蛋白的协调作用还需进一步
的探讨。
参考文献:
[1]黄金霞,王亮生,李晓梅,等.花色变异的分子基础与进化模式研
究进展[J].植物学通报,2006,23(4):321-333.
[2]HoltonTA,CornishEC.Geneticsandbiochemistryofanthocyanin
494
第4期 史倩倩等:云南野生黄牡丹PlbHLH3转录因子基因的克隆与表达
biosynthesis[J].PlantCel,1995,7(7):1071-1083.
[3]RamsayNA,GloverBJ.MYBbHLHWD40proteincomplexand
theevolutionofcelulardiversity[J].TrendsPlantSci,2005,10
(2):63-70.
[4]张全琪,朱家红,倪燕妹,等.植物bHLH转录因子的结构特点及
其生物学功能[J].热带亚热带植物学报,2000,19(1):84-90.
[5]NesiN,DebeaujonI,JondC,etal.TheTT8geneencodesabasic
helixloophelixdomainproteinrequiredforexpressionofDFRand
BANgenesinArabidopsissiliques[J].PlantCel,2000,12(10):
1863-1878.
[6]HeislerMG,AtkinsonA,BylstraYH,etal.SPATULA,agenethat
controlsdevelopmentofcarpelmargintissuesinArabidopsis,encodes
abHLHprotein[J].Development,2001,128:1089-1098.
[7]SorensenAM,KrberS,UnteUS,etal.TheArabidopsis
ABORTEDMICROSPORES(AMS)geneencodesaMYCclasstran
scriptionfactor[J].PlantJ,2003,33(2):413-423.
[8]LeivarP,MonteE,OkaY,etal.Multiplephytochromeinteracting
bHLHtranscriptionfactorsrepressprematureseedlingphotomorpho
genesisindarkness[J].CurBiol,2008,18(23):1815-1823.
[9]AbeH,UraoT,ItoT,etal.ArabidopsisAtMYC2(bHLH)andAt
MYB2(MYB)functionastranscriptionalactivatorsinabscisicacid
signaling[J].PlantCel,2003,15(1):63-78.
[10]LorenzoO,ChicoJM,SánchezSeranoJJ,etal.JASMONATE
INSENSITIVE1encodesaMYCtranscriptionfactoressentialtodis
criminatebetweendiferentjasmonateregulateddefenseresponsesin
Arabidopsis[J].PlantCel,2004,16(7):1938-1950.
[11]LiH,SunJ,XuY,etal.ThebHLHtypetranscriptionfactor
AtAIBpositivelyregulatesABAresponseinArabidopsis.PlantMol
Biol.2007,65(5):655-665.
[12]BouTorentJ,RoigVilanovaI,GalstyanA,etal.PAR1and
PAR2integrateshadeandhormonetranscriptionalnetworks[J].
PlantSignalBehav.2008,3(7):453-454.
[13]RampeyRA,WoodwardAW,etal.AnArabidopsisbasichelix
loophelixleucinezipperproteinmodulatesmetalhomeostasisand
auxinconjugateresponsiveness[J].Genetics.2006,174(4):1841
-1857.
[14]LongTA,TsukagoshiH,BuschW,etal.ThebHLHtranscription
factorPOPEYEregulatesresponsetoirondeficiencyinArabidopsis
roots[J].PlantCel,2010,22(7):2219-2236.
[15]LudwigSR,HaberaLF,DelaportaSL,etal.Lc,amemberofthe
maizeRgenefamilyresponsiblefortissuespecificanthocyaninpro
duction,encodesaproteinsimilartotranscriptionalactivatorsand
containsthemychomologyregion[J].ProcNatlAcadSciUSA,
1998,86(18):7092-7096.
[16]ChandlerVL,RadieelaJP,RobbinsTP,etal.Tworegulatory
genesofthemaizeanthocyaninpathwayarehomologous:Isolationof
ButilizingRgenomicsequenees[J].PlantCel,1989,1(12):1175
-1183.
[17]GofSA,ConeKC,ChandlerVL.Functionalanalysisofthe
transcriptionalactivatorencodedbythemaizeBgene:evidencefora
directfunctionalinteractionbetweentwoclassesofregulatoryproteins
[J].GenesDev.,1992,6(5):864-875.
[18]GoodrichJ,CarpenterRandCoenES.1992.Acommongene
regulatespigmentationpatenindiverseplantspecies.Cel,68(5):
955-964.
[19]ElomaaP,MehtoM,KotilainenM,etal.AbHLHtranscription
factormediatesorgan,regionandflowertypespecificsignalsondi
hydroflavonol4reductase(dfr)geneexpressionintheinflorescence
ofGerberahybrida(Asteraceae).PlantJ.,1998,16(1):93-99.
[20]SakamotoW,OhmoriT,KageyamaK,etal.Thepurpleleaf(Pl)
locusofrice:Theplalelehasacomplexorganizationandincludes
twoGenesencodingbasiehelixloophelixproteinsinvolvedinantho
cyaninbiosynthesis.PlantCelPhysiol,2001,42(9):982-991.
[21]ParkK,IshikawaN,MoritaY,etal.AbHLHregulatorygenein
thecommonmorningglory,IpomoeaPurpurea,controlsanthocyanin
biosynthesisinflowers,proanthocyanidinandphytolnelaninpigmen
tationinseeds,andseedtrichomeformation.ThePlantJoumal,
2007b,49(4):641-654
[22]NakatsukaT,HarutaKS,PitaksutheepongC,etal.Identification
andcharacterizationofR2R3MYBandbHLHtranscriptionfactors
regulatinganthocyaninbiosynthesisingentianflowers[J].PlantCel
Physiol.2008,49:1818-1829.
[23]EspleyRV,HelensRP,PuterilJ,etal.Redcolourationinap
plefruitduetotheactivityoftheMYBtranscriptionfactor,Md
MYB10[J].PlantJ.,2007,49:414-427.
[24]FrankenP.,SchrelS.,PetersonPA.,etal.Molecularanalysis
ofproteindomainfunctionencodedbythemybhomologousmaize
genesCI,Zm1andZm38[J].ThePlantJournal,1994,6(1):21
-30.
[25]SpeltC,QuatrocchioF,MolJNM,etal.Anthocyanin1ofpetunia
encodesabasichelixloophelixproteinthatdirectlyactivatestran
scriptionofstructuralanthocyaningenes[J].PlantCel,2000,12
(9):1619-1631.
[26]YamagishiM,ShimoyamadaY,NakatsukaT,etal.TwoR2R3
MYBgenes,homologsofpetuniaAN2,regulateanthocyaninbiosyn
thesesinflowertepals,tepalspotsandleavesofAsiatichybridlily
[J].PlantCelPhysiol,2010,51:463-474.
[27]WangKuilin,Bolitho,K.,Grafton,K.,etal.AnR2R3MYB
transcriptionfactorassociatedwithregulationoftheanthocyaninbio
syntheticpathwayinRosaceae[J].BMCPlantBiology,2010,
10:50.
[28]王 勇,陈克平,姚 勤.bHLH转录因子家族研究进展[J].遗
传,2008,30(7):821-830.
[29]方文培.中国芍药属植物的研究[J].植物分类学报,1958,7
(4):297-323.
[30]王莲英.中国牡丹品种图志[M].北京:中国林业出版社,
1997,2-7.
[31]李嘉珏.中国牡丹与芍药[M].北京:中国林业出版社,1999.
[32]龚 询.滇牡丹复合群体分类研究[J].7昆明植物研究
所,1990.
[33]王志芳,王 雁,岳 桦.珍稀资源:黄牡丹[J].中国城市林
业,2007,5(2):59-60.
[34]ZhouL,WangY,RenL,etal.OverexpressionofPlCHI1,a
homologueofthechalconeisomerasegenefromtreepeony(Paeonia
594
林 业 科 学 研 究 第28卷
sufruticosa),reducestheintensityofflowerpigmentationintrans
genictobacco[J].PlantCel,TissueandOrganCulture,2014,16
(3):285-295.
[35]ZhouL,WangY,PengZ.Molecularcharacterizationandexpres
sionanalysisofchalconesynthasegeneduringflowerdevelopmentin
treepeony(Paeoniasufruticosa)[J].AfrJBiotechnol,2011,10
(8):1275-1284.
[36]FanC,PuruggananMD,ThomasDT,etal.Heterogeneousevo
lutionoftheMyclikeAnthocyaninregulatorygeneanditsphyloge
neticutilityinCornusL.(Cornaceae)[J].MolPhylogenetEvol,
2004,33(3):580-594.
[37]JiangY,DeyholosMK.Comprehensivetranscriptionalprofilingof
NaCl-stressedArabidopsisrootsrevealsnovelclassesofresponsive
genes[J].BMCPlantBiol,2006,6(1):25.
[38]JiangY,YangB,DeyholosMK.Functionalcharacterizationofthe
ArabidopsisbHLH92transcriptionfactorinabioticstress[J].Mol
GenetGenomics,2009,282(5):503-516.
[39]LiXX,DuanXP,JiangHX,etal.Genomewideanalysisofbasic/
helixloophelixtranscriptionfactorfamilyinriceandArabidopsis
[J].PlantPhysiology,2006,141(4):1167-1184.
[40]HichriI,HeppelSC,PiletJ,etal.Thebasichelixloophelix
transcriptionfactorMYC1isinvolvedintheregulationofthefla
vonoidbiosynthesispathwayingrapevine[J].MolPlant,2010,3
(3):509-523.
[41]XieXB,LiS,ZhangRF,etal.ThebHLHtranscriptionfactor
MdbHLH3promotesanthocyaninaccumulationandfruitcolouration
inresponsetolowtemperatureinapples[J].PlantCelEnviron,
2012,35(11):1884-1897.
[42]QuatrocchioF,WingJF,VaK,etal.AnalysisofbHLHand
MYBdomainproteins:speciesspecificregulatorydiferencesare
causedbydivergentevolutionoftargetanthocyaningenes[J].Plant
J,1998,13(4):475-488.
[43]MartinC,PrescotA,MackayS,etal.Controlofanthocyaninbio
synthesisinflowersofAntirhinummajus.PlantJ.1991,1(1):37
-49.
[44]QuatrocchioF,WingJF,LeppenH,etal.Regulatorygenescon
trolinganthocyaninpigmentationarefunctionalyconservedamong
plantspeciesandhavedistinctsetsoftargetgenes[J].ThePlant
Cel,1993,5(11):1497-1512.
[45]QuatrocchioF,BaudryA,LepiniecL,etal.Theregulationoffla
vonoidbiosynthesis.In:GrotewoldE(ed)Thescienceofflavonoids
[J].NewYork,Springer,pp.2006:97-122.
[46]deVetenN,QuatrocchioF,MolJ,etal.Thean11locuscontrol
lingflowerpigmentationinpetuniaencodesanovelWDrepeatpro
teinconservedinyeast,plants,andanimals[J].Genes&Develop
ment,1997,11:1422-1434.
[47]ElomaaP,MehtoM,KotilainenM,etal.AbHLHtranscription
factormediatesorgan,regionandflowertypespecificsignalsondi
hydroflavonol4reductase(dfr)geneexpressionintheinflorescence
ofGerberahybrida(Asteraceae).PlantJ.,1998,16(1):93-99.
[48]LiC,DuH,WangL,etal.Flavonoidcompositionandantioxidant
activityoftreepeony(PaeoniasectionMoutan)yelowflowers[J].J
AgricFoodChem,2009,57:8496-8503.
[49]周 琳,王 雁,律春燕,等.云南野生黄牡丹花色素成分的鉴
定[J].东北林业大学学报,2011,39(8):52-54.
[50]WangLS,HashimotoF,ShiraishiA,etal.Pheneticsintreepeony
speciesfromChinabyflowerpigmentclusteranalysis[J].JPlant
Res,2001a,114:213-221.
[51]WangLS,ShiraishiA,HashimotoF,etal.Analysisofpetalan
thocyaninstoinvestigateflowercolorationofZhongyuan(Chinese)
andDaikonIsland(Japanese)treepeonycultivars[J].JPlantRes,
2001b,114:33-43.
[52]韩科厅,赵 莉,唐杏姣,等.菊花花色素苷合成关键基因表达
与花色表型的关系[J].园艺学报,2012,39(3):516-524.
694