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李传友研究组等揭示栽培番茄不含花青素的机理并创制出果肉中富含花青素的番茄材料

  花青素是一种天然的水溶性植物色素,是花、果实等植物器官呈色的主要原因。同时,花青素是一种天然的抗氧化剂,具有重要的保健功能,可以有效预防心血管疾病、衰老相关的退行性病变以及多种癌症。番茄是世界上最重要的蔬菜作物之一,在满足人们日益增长的对美好生活的需求方面起着重要作用。然而,美中不足的是,市场上常见的普通番茄果肉中基本不含花青素。因而,研究花青素合成的调控机理具有重要的科学意义和应用价值。 

 

  2019111日,Molecular Plant在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究员与北京农林科学院李常保研究员合作的题目为“A Transcriptional Network Promotes Anthocyanin Biosynthesis in Tomato Flesh”的研究论文(DOI:10.1016/j.molp.2019.10.010),揭示了番茄响应光信号积累花青素的分子机制并通过遗传操作创制出果肉富含花青素的紫色番茄。 

 

  在强光照射下,番茄材料"Indigo Rose"(InR)的果皮中可以积累花青素。他们从遗传分析入手,成功分离了InR中控制花青素合成的基因Aftatv 

 

  深入地研究表明,Aft编码一个正向调控花青素合成的R2R3-MYB蛋白SlAN2-likeatv编码一个负向调控花青素合成的R3-MYB蛋白SlMYBATV。在InR中,光照通过SlHY5激活SlAN2-like的表达,随后,SlAN2-like通过激活SlAN1SlMYBATV的表达进而诱导番茄果皮中花青素的合成。SlMYBATV则通过与SlAN2-like竞争性结合bHLH转录因子SlAN1的方式抑制果皮中花青素的合成。由此发现,SlAN2-like在接受光信号并开启花青素合成通路的过程中起到至关重要的作用。在普通栽培番茄中,SlAN2-like基因由于剪切位点的突变而丧失功能,而且负向调控因子SlMYBATV的功能正常,因而不具备激活花青素合成的能力。 

 

  该研究为创制果肉中富含花青素的番茄提供了重要的靶标基因。利用果实特异启动子过表达SlAN2-like,获得了果皮和果肉中均有丰富花青素积累的紫色番茄。该研究成果不仅加深了我们对花青素合成机制的理解,而且对作物花青素性状的改良提供了新的思路与技术途径。 

 

  李传友研究组的博士研究生孙传龙和工程师邓磊为该论文的共同第一作者。李传友研究员和李常保研究员为该论文的共同通讯作者。青岛市农科院蔬菜研究所黄婷婷研究员、山东农业大学赵久海教授、陈谦教授参与了研究工作。该研究得到中国科学院战略性先导专项、国家重点研发计划和农业部的资助。 

 

  1:SlAN2-like调控番茄果实花青素积累的工作模型 

 

  2:果实特异过表达SlAN2-like诱导花青素在番茄果皮和果肉中积累