葡萄风信子（Muscari）花色形成与相关基因研究

【摘要】本文以9个具有不同蓝色色调的葡萄风信子为材料，以4个白色葡萄风信子为对照，通过花瓣解剖结构观察，花青素和辅色素成分、含量分析，花瓣pH值和金属元素测定，系统研究了葡萄风信子蓝色形成的物质基础和理化因素。进一步对蓝色葡萄风信子M.armeniacum和蓝色葡萄风信子白色突变体进行了转录组测序分析。基于转录组数据库中筛选的花色形成相关基因资源以及花瓣花色物质代谢谱信息，阐明了葡萄风信子花色物质代谢模式，推测决定白色葡萄风信子花色缺失的关键候选基因。取得的主要结果如下：1.用高效液相色谱法（Highperformanceliquidchromatography,HPLC）测定了13种葡萄风信子花瓣中的花青素和黄酮醇成分，结果表明，飞燕草素（Del）及其衍生物（矮牵牛素）和矢车菊素（Cy）及其衍生物（矢车菊半乳糖苷和矢车菊芸香糖苷）是葡萄风信子花瓣的主要成色物质。其中，飞燕草类花青素在葡萄风信子蓝色形成中发挥了关键作用，而矢车菊素则赋予花瓣不同程度的紫红色调；杨梅素和二氢杨梅素等可能作为辅色素参与了葡萄风信子的蓝色形成过程；化学元素分析表明，蓝色花瓣相对于白色和紫色花瓣，积累了较高的金属元素Ca2+和Fe3+，可能促进了葡萄风信子蓝色色素的形成；花瓣解剖结构、表皮细胞性状、色素分布模式和花瓣细胞液pH等在不同花色的葡萄风信子中不存在显著差异，虽然可能微妙的调整了花色，但不是决定葡萄风信子花色形成的关键因素。2.依据蓝白葡萄风信子花色物质代谢谱，初步绘制了葡萄风信子花色代谢模式图，系统评估了葡萄风信子花色代谢总通量的流动模式和不同支路的生产力，确定了飞燕草素在葡萄风信子花色形成/缺失过程中的核心地位。3.采用转录组测序建立了蓝色葡萄风信子M.armeniacum和蓝色葡萄风信子的白色突变体转录组数据库，获得了90,477条unigenes，功能注释表明其中143条序列可能涉及葡萄风信子花色形成过程；结合代谢谱信息分析与代谢物质变化研究，初步阐述了葡萄风信子花色代谢途径。4.结合类黄酮物质测定和生物信息学分析，建立了一套研究花色变异机制的系统方法。提出了白色葡萄风信子蓝色缺失可能是二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol4-reductase,DFR）的低表达和黄酮醇合酶（Flavonolsynthase,FLS）的强烈竞争，两者不同的存在方式和作用是导致白色葡萄风信子无法合成飞燕草素的关键因素的假说；而整个矢车菊代谢途径相对较低的生物通量和下游多级分流是导致红色矢车菊素无法积累的主要原因。
【作者】娄倩；
【导师】王跃进；刘雅莉；
【作者基本信息】西北农林科技大学，园艺植物种质资源学，2014，博士
【关键词】葡萄风信子；花色形成；代谢谱；转录组测序；花色功能基因；

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