甘蓝型油菜转录因子BnMYB47粒色调控机制研究

来源 :西南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:juezhan2010
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甘蓝型黄籽油菜具有种皮薄,含油量、饼粕中蛋白质含量高,纤维素和多酚类物质含量低等一系列优点,因此,黄籽性状是国内外油菜育种的重要目标之一。研究表明粒色形成与类黄酮代谢产物密切相关,且转录因子在调控类黄酮途径各物质的积累上具有重要作用,但目前对类黄酮代谢途径与油菜粒色变化的关系尚不明确。本研究前期已证明BnMYB47是调控甘蓝型油菜粒色形成的一个重要转录因子,显著影响种皮类黄酮代谢产物的累积,但具体调控机制仍不清楚。在此基础上,本研究通过筛选与BnMYB47互作的蛋白,分析BnMYB47及其互作蛋白在甘蓝型油菜粒色形成过程中的作用,初步解析BnMYB47调控粒色变化的分子机制。主要研究结果如下:(1)根据BnMYB47各成员在黄黑籽中的表达情况,本研究重点对前期定位到的BnMYB47-5及与其表达模式相近的BnMYB47-3展开研究。基本生物信息学分析显示,BnMYB47为定位于细胞核中的MYB类转录因子。通过对甘蓝型油菜BnMYB47与白菜和拟南芥中已报道的和色素合成相关的转录因子进行多重序列比对发现,发现BnMYB47及其他粒色相关MYB转录因子均在R3区域包含一个保守或半保守的b HLH互作区域;进化分析发现BnMYB47与其他色素相关MYB转录因子进化关系均较远,初步推测BnMYB47参与甘蓝型油菜粒色调控可能是在向异源四倍体进化过程中进一步分化出的新功能。(2)通过对OV-BnMYB47和RNAi-BnMYB47的纯合转基因株系及相应对照株系不同发育时期种子的转录组数据进行分析,共筛选到5个与色素合成相关的差异表达基因Bn C4Ha、Bn C4Hb、Bn TT6、Bn TT18a和Bn TT18b。五个基因在黑籽对照株系种子中的表达量均高于黄籽对照株系;且五个基因在超表达BnMYB47种子中的表达量显著高于相应时期的干扰株系。说明在甘蓝型油菜中BnMYB47可能通过调控上述五个基因参与类黄酮代谢的调控。(3)经自激活活性实验,发现全长的BnMYB47-3和BnMYB47-5均存在较强自激活活性,而BnMYB47-3的N端9-116位氨基酸及BnMYB47-5的N端5-76位氨基酸不存在自激活活性。通过对筛库结果进行top GO分析并结合它们在ZS11的109个不同组织器官的表达特征,初步确定了9个可能与色素合成相关的互作蛋白基因(Bn NF-YC9a、Bn NF-YC9b、BnbHLH46、Bn AREB3、Bn GRF4、Bn BLH3、Bn HAT2、Bn TTG1b和BnbHLH92a)。其中b HLH92是一个原花色素途径中的关键调控因子,经酵母双杂的点对点验证及Bi FC实验分析发现,该基因成员BnbHLH92a与BnMYB47-3和BnMYB47-5互作较强,同时,通过酵母双杂的点对点验证分析发现BnbHLH92a与Bn TTG1a存在互作。(4)亚细胞定位结果显示BnbHLH92a定位于细胞核中;表达量分析显示BnbHLH92a在BnMYB47干扰株系中表达量上升,在BnMYB47超表达株系中表达量降低;同时原位杂交结果显示该基因在种脐和种皮中特异表达,BnbHLH92a在ZS11中的表达模式分析显示其在珠柄中表达量最高,前期我们研究发现多酚类化合物最先在甘蓝型油菜种子的种脐部位累积。因此,我们推测BnbHLH92a可能在类黄酮化合物从角果皮通过珠柄向种皮的转运过程中发挥重要作用。(5)在拟南芥中超表达BnbHLH92a基因,发现与野生型相比超表达BnbHLH92a的拟南芥种子颜色显著变浅,说明BnbHLH92a能抑制种皮色素的合成。BnbHLH92a的酵母双杂交筛库结果显示BnbHLH92a与R2R3-MYB转录因子第四亚族的Bn MYB3、Bn MYB4和Bn MYB7存在相互作用,该类转录因子具有EAR抑制基序,能抑制色素合成;同时表达量分析显示,在黄黑籽对照株系中,Bn MYB3在各发育时期的黄籽中表达量均高于相应时期的黑籽,Bn MYB4和Bn MYB7在28天的黄籽中表达量高于黑籽;在超表达BnbHLH92a的拟南芥种子中,AtC4H和AtTT18的表达量显著下调,初步推测BnbHLH92a可能作为Bn MYB3和Bn MYB4的辅助抑制因子调控粒色形成。综合分析初步推测BnMYB47可能通过两种方式实现对色素合成的调控。一是通过与Bn MYB3和Bn MYB4竞争结合BnbHLH92a,减弱其对Bn C4H的抑制,使色素合成正常进行;二是竞争结合BnbHLH92a,解除BnbHLH92a对MBW复合体的干扰,使MBW复合体正常调控类黄酮途径的结构基因,以此来实现对色素合成的调控。
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