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中国农科院牧医所庞永珍研究员团队在原花色素调控机制方面取得重要进展

花匠小妙招
2025-01-08 08:37

2023年12月5号，Plant Communications在线发表了中国农科院牧医所庞永珍研究员团队题为“The APETALA2-MYBL2 module represses proanthocyanidin biosynthesis by affecting the formation of MBW complex in seeds of Arabidopsis thaliana”的研究论文。该研究以模式植物拟南芥为研究对象，通过遗传学和分子生物学的研究方法，系统揭示了新的APETALA2-MYBL2模块调控植物种子中原花色素生物合成的分子机制，该研究对阐明植物原花色素的合成和调控具有重要的参考价值，对改良紫花苜蓿等饲草原花色素的含量具有重要的借鉴意义。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2023.100777

紫花苜蓿被誉为“牧草之王”，具有产量高、蛋白含量高、适口性好等优点，是各种禽畜都很喜食的优质牧草。但是紫花苜蓿高含量的蛋白也容易引起反刍动物牛羊瘤胃发酵产生胀气，导致发生致死性的臌胀病。原花色素（Proanthocyanidins），又称被称为缩合单宁，是一类具有重要活性的类黄酮次生代谢产物，可以结合瘤胃中过量的蛋白，有效预防臌胀病。但紫花苜蓿原花色素含量极低，目前通过遗传工程改良的方法在紫花苜蓿中产生的原花色素含量还远低于可以有效防止臌胀病发生的阈值。业界普遍认为目前无法获得预防臌胀病紫花苜蓿的最大障碍是原花色素生物合成和调控的很多关键问题尚未完全解析。中国农业科学院北京畜牧兽医研究所庞永珍研究员及其团队成员长期进行植物原花色素等类黄酮化合物生物合成和调控机制研究，并一直努力通过遗传工程的方法进行紫花苜蓿原花色素含量的分子改良。

该研究发现APETALA2 (AP2)基因特异地在种子内种皮表达，与原花色素在内种皮积累的特征高度相关。通过对ap2突变体和AP2过量表达材料的遗传分析、代谢成分分析和基因表达分析，发现AP2蛋白负调控原花色素合成和转运的关键基因ANR、TT12、TT19和AHA10等的表达水平，AP2蛋白还负调控原花色素生物合成的关键转录调控因子TT2基因的表达水平，但是AP2蛋白正调控抑制原花色素生物合成的MYBL2基因的表达水平。该研究通过酵母双杂交、BiFC、Co-IP、染色质免疫共沉淀、转录活性分析等实验方法，综合阐明了AP2通过两个层面在分子水平上调控原花色素的生物合成：一方面，在转录水平上，AP2直接结合在MYBL2的启动子区，进而激活MYBL2基因的表达；另一方面，在蛋白水平上，AP2直接与MYBL2蛋白互作，通过MYBL2蛋白与TT8或EGL3蛋白互作，形成AP2-MYBL2-TT8或AP2-MYBL2-EGL3蛋白复合物，破坏了MBW（MYB-bHLH-WD）三元复合物的形成，最终抑制了原花色素生物合成途径特异基因（如ANR等）的表达水平，抑制了原花色素的生物合成。这一发现首次揭示了AP2调控植物种子原花色素生物合成的新机制。

原花色素不仅具有预防臌胀病的重要作用，在种子休眠、寿命和萌发，以及植物的生物和非生物逆境胁迫中也具有重要的功能。此外，原花色素还具有抗氧化、抗炎和抗癌等有益于人类健康的功效。因此，该研究在原花色素生物合成调控方面的最新结果也将为植物原花色素的研究提供新的分子机制和理论依据。

AP2调控植物种子原花色素生物合成的示意图

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所为论文第一单位，牧草种质资源创新团队科研骨干江文波副研究员为论文第一作者和共同通讯作者，该团队首席科学家庞永珍研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（31870281）和中国农业科学院创新工程（ASTIP-IAS10）的资助。

责编：小罗

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