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原花青素是广泛存在于植物中重要的一种次级代谢产物,在植物体内起到抗逆作用。除此之外,在人体内还具有抗氧化、抗肿瘤、抗血栓形成等多项生理活性。研究桑树中原花青素生物合成途径,对改良桑树的品质具有重要意义。本实验研究了川桑(Morus notabilis)中原花青素合成途径中两个重要基因:无色花青素还原酶基因(Leucoanthocyanidin reductase,LAR)和花青素还原酶基因(Anthocyanidin reductase,ANR),研究结果如下:1、MnANR和MnLAR基因的鉴定与信息学分析利用生物信息学方法,在川桑基因组数据库中鉴定到了1个ANR和1个LAR基因,基因结构分析,发现两个基因与其他植物中的同源基因含有相同的的内含子数量和位置,且含有相同的保守结构域。多序列比对显示它们与其他物种中的同源基因高度相似。在进化分析中,MnANR和MnLAR与双子叶木本植物的同源基因密切相关。2、不同果色桑果成熟过程中ANR和LAR的表达分析组织特异性分析可知ANR和LAR在桑叶中表达量最高,桑果中其次。在各个组织中LAR的表达量远高于ANR。定量分析两种果色桑果成熟过程中ANR和LAR基因的表达模式,结果表明:ANR和LAR基因的表达量总体呈下降趋势。结合UPLC测定在桑果成熟的各个时期儿茶素、表儿茶素的含量,结果显示两者总量在果实发育过程中大致积累模式是先积累后下降,在完全成熟时期含量最低,代谢产物积累量随着基因的表达量降低呈现先升高后下降的趋势。基因的表达量越高,代谢物积累量越高,说明基因ANR和LAR的表达量与原花青素的积累有关。ANR和LAR在灰霉菌(Botrytis cinerea)、紫外、PEG、茉莉酸甲酯的胁迫作用下,基因表达均有所上调。3、桑树原花青素生物合成关键酶基因MnANR和MnLAR的功能初探在烟草中过表达MnANR和MnLAR株系烟草的叶片中原花青素积累量均高于野生型。表型上来看,过表达株系的花颜色变浅甚至为白色。探究花色变化的原因,分析了黄酮类合成途径上基因的表达情况,并检测烟草花中原花青素单体含量,结果可知:该途径大部分基因受到了抑制,原花青素在过表达植株含量都高于野生型。这些结果说明了烟草花颜色变浅的原因。含量检测发现表儿茶素及儿茶素在两个过表达株系中含量都升高。根据前人研究,推测MnANR和MnLAR蛋白在体外显示出差向异构酶活性,可以将花青素转变为儿茶素和表儿茶素。另一种说法是儿茶素和表儿茶素两者存在差向异构,多聚体原花青素在植物体内进行非立体特异性解聚。评估野生型和转基因烟草品系的抗病性,发现转基因品系对灰霉病菌具有抗性。在体外实验中,来自转基因植物叶子的原花青素提取物比来自野生型烟草的原花青素提取物更强烈地抑制了灰霉病菌的生长。这些结果表明MnANR和MnLAR的过表达可以改善烟草的抗病性。