研究揭示干旱條件下海棠花青苷生物合成分子機制

近日，西北農林科技大學風景園林藝術學院李厚華教授團隊揭示了乙烯誘導的MsERF17在干旱條件下通過調控MsbHLH3和MsF3'H的表達來促進“海棠花” 葉片中花青素的積累，相關研究成果發表在在Plant, Cell & Environment上。

研究發現在PEG-8000模擬干旱條件下, ‘海棠花’ 的葉片會從綠色變為紅色，并伴隨著花青苷含量的增加。采用HPLC-DAD測定了不同濃度PEG-8000處理下葉片中的花青素和相關化合物的含量。結果表明，矢車菊素-3,5-葡萄糖苷和矢車菊苷-3-O-半乳糖苷是干旱條件下葉片顏色加深的主要呈色物質。隨著干旱程度的增加，紅葉中的乙烯含量呈線性升高，利用LC-MS測定葉片中的乙烯含量，結果顯示，在10%PEG-8000 （10%PEG="8.23" ng/mL）處理后的葉片中乙烯含量顯著上升，并與花青素的積累一致。此外，外源噴施乙烯使葉片逐漸變紅，且花青素含量顯著增加。相比之下，乙烯抑制劑（1-MCP）處理后并沒有使葉色有顯著變化。說明乙烯能誘導花青素生物合成。總之，干旱條件下葉片從綠色變為紅色主要是由花青素引起的，且乙烯的產生促進了葉片中花青素的積累。

通過對不同干旱條件下海棠花葉片中花青苷含量、激素水平、基因表達差異分析，鎖定了一個在干旱脅迫下高表達的乙烯響應因子-MsERF17；在‘海棠花’ 葉片、蘋果果皮中進行瞬時過表達及蘋果愈傷中穩定轉化實驗，證實了該基因可以促進植物體內花青苷的合成；利用酵母單雜交、雙熒光素酶和GUS組織染色等試驗證明了MsERF17通過與花青苷合成調控基因MsbHLH3和結構基因MsF3'H的啟動子結合并激活其表達來促進花青苷合成。該研究揭示了干旱脅迫誘導了花青苷生物合成的分子調控網絡，為解釋非生物脅迫誘導花青苷生物合成提供了理論支持。