研究揭示干旱条件下海棠花青苷生物合成分子机制

近日，西北农林科技大学风景园林艺术学院李厚华教授团队揭示了乙烯诱导的MsERF17在干旱条件下通过调控MsbHLH3和MsF3'H的表达来促进“海棠花” 叶片中花青素的积累，相关研究成果发表在在Plant, Cell & Environment上。

研究发现在PEG-8000模拟干旱条件下, ‘海棠花’ 的叶片会从绿色变为红色，并伴随着花青苷含量的增加。采用HPLC-DAD测定了不同浓度PEG-8000处理下叶片中的花青素和相关化合物的含量。结果表明，矢车菊素-3,5-葡萄糖苷和矢车菊苷-3-O-半乳糖苷是干旱条件下叶片颜色加深的主要呈色物质。随着干旱程度的增加，红叶中的乙烯含量呈线性升高，利用LC-MS测定叶片中的乙烯含量，结果显示，在10%PEG-8000 （10%PEG="8.23" ng/mL）处理后的叶片中乙烯含量显著上升，并与花青素的积累一致。此外，外源喷施乙烯使叶片逐渐变红，且花青素含量显著增加。相比之下，乙烯抑制剂（1-MCP）处理后并没有使叶色有显著变化。说明乙烯能诱导花青素生物合成。总之，干旱条件下叶片从绿色变为红色主要是由花青素引起的，且乙烯的产生促进了叶片中花青素的积累。

通过对不同干旱条件下海棠花叶片中花青苷含量、激素水平、基因表达差异分析，锁定了一个在干旱胁迫下高表达的乙烯响应因子-MsERF17；在‘海棠花’ 叶片、苹果果皮中进行瞬时过表达及苹果愈伤中稳定转化实验，证实了该基因可以促进植物体内花青苷的合成；利用酵母单杂交、双荧光素酶和GUS组织染色等试验证明了MsERF17通过与花青苷合成调控基因MsbHLH3和结构基因MsF3'H的启动子结合并激活其表达来促进花青苷合成。该研究揭示了干旱胁迫诱导了花青苷生物合成的分子调控网络，为解释非生物胁迫诱导花青苷生物合成提供了理论支持。