科学网—[转载]Frontiers in Genetics

• 花匠小妙招
• 2025-12-05 02:29

本研究旨在揭示云南山茶花（Camellia reticulata）花色分化的分子机制。通过对一个红色品种（HHYC）及其两个栽培品种——粉色‘雪娇’（XJ）和白色‘童子面’（TZM）的花瓣进行联合转录组和代谢组分析，研究发现花青素是导致三者花色差异的关键决定因子。靶向代谢组学鉴定出310种黄酮类化合物，其中18种花青素在三个样品中的积累模式为HHYC（红）> XJ（粉）> TZM（白）。转录组分析表明，类胡萝卜素和花青素生物合成的结构基因表达量也呈现相同趋势。研究预测两个花青素3-O-葡萄糖基转移酶基因（gene-LOC114287745765和gene-LOC114289234）是导致HHYC和XJ呈现红色的关键基因，并鉴定出42个MYB和29个bHLH转录因子作为调控花青素结构基因的关键调节因子。本研究系统性地揭示了黄酮类化合物（尤其是花青素）含量是三个云南山茶花样品花色分化的主要因素，为培育具有特定花色的山茶花品种提供了理论依据和基因资源。

1题目

文章题目：Integrated transcriptome and metabolome profiling of Camellia reticulatareveal mechanisms of flower color differentiation

发文单位：西南林业大学、中国科学院昆明植物研究所

2杂志

Frontiers in Genetics

3链接

Geng F, Nie R, Yang N, Cai L, Hu Y, Chen S, Cheng X, Wang Z, Chen L. Integrated transcriptome and metabolome profiling of Camellia reticulatareveal mechanisms of flower color differentiation. Front. Genet.2022;13:1059717. doi: 10.3389/fgene.2022.1059717

4检测方法

Norminkoda提供了花青素花色苷，类胡萝卜素试剂盒

产品货号:NMW0116

产品名称:花青素/花色苷含量检测试剂盒

产品规格:96T/48T/

网页链接:https://www.bionmkd.com/PNONMW0116.html

产品货号:NMW0146

产品名称:植物类胡萝卜素含量检测试剂盒

产品规格:96T/48T/

网页链接:https://www.bionmkd.com/PNONMW0146.html

5主要内容

本研究采用多组学整合分析策略，从代谢物积累和基因表达两个层面深入解析了云南山茶花红、粉、白三种花色的形成机制。

1. 实验材料与设计

材料选择：选取具有典型花色差异的三个基因型：

HHYC: 红色（流行品种）

‘雪娇’（XJ）: 粉色

‘童子面’（TZM）: 白色

组学技术：对每个基因型的花瓣进行3次生物学重复的转录组测序（RNA-seq） 和靶向代谢组学分析。

2. 代谢组学揭示花色代谢物基础

共鉴定出310种黄酮类化合物。

关键发现：18种花青素的积累量在三个基因型中差异显著，其丰度顺序为 HHYC > XJ > TZM。

例如，飞燕草素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷等关键花青素在红色花中含量最高，在白色花中几乎检测不到。这表明花青素的有无和含量多少是花色从红到白渐变的核心代谢基础。

3. 转录组学揭示花色调控的基因表达谱

转录组数据质量高，重复性好，共鉴定出61,277个基因。

差异表达基因（DEGs）分析：共发现11,746个DEGs。主成分分析（PCA）和热图聚类显示，XJ（粉）和TZM（白）的基因表达谱更为相似，而与HHYC（红）差异较大。

花青素生物合成结构基因：类胡萝卜素和花青素生物合成途径中的大多数结构基因的表达水平同样表现为 HHYC > XJ > TZM，与代谢物积累模式高度一致。

4. 关键基因与转录因子

关键结构基因：两个编码花青素3-O-葡萄糖基转移酶（BZI） 的基因（gene-LOC114285765和gene-LOC114289234）被确定为关键候选基因，其高表达与红色形成密切相关。该酶负责催化花青素（如矢车菊素、飞燕草素）与葡萄糖的结合，形成稳定的有色花青素苷。

关键调控因子：鉴定出42个MYB转录因子和29个bHLH转录因子，它们通过形成MBW复合物（MYB-bHLH-WD40）来调控花青素结构基因的表达，是花色形成的“上游开关”。

5. 联合分析锁定核心机制

转录组与代谢组的联合分析表明，花青素生物合成途径的强度是花色分化的核心。

在白色和粉色花中，花青素合成途径在后期关键步骤（如糖基化） 可能被部分或完全抑制，导致有色花青素无法正常积累。

6、主要结论

代谢物决定论：云南山茶花的花色分化主要由黄酮类化合物，特别是花青素的种类和积累量决定。

基因表达模式：花青素生物合成途径中结构基因的表达水平与花色深浅呈正相关。

关键酶基因：花青素3-O-葡萄糖基转移酶（BZI） 是催化稳定有色花青素形成的关键酶，其基因表达差异是导致红、粉、白花色差异的直接原因之一。

转录调控网络：MYB和bHLH转录因子构成的调控网络是控制花色形成的关键上游机制。

6总结

研究亮点与价值

1.多组学整合：首次对云南山茶花进行转录组与代谢组的联合分析，系统性地揭示了花色形成的完整通路，从调控到结构基因，再到最终代谢产物，形成了清晰的证据链。

2.精准靶向：采用靶向代谢组学，精准定量了关键花青素化合物，结果可靠度高。

3.应用价值明确：鉴定出的关键基因（如BZI基因、MYB/bHLH转录因子） 可作为分子标记，用于山茶花的分子辅助育种，加速培育新花色品种。

理论意义：为其他观赏植物的花色形成机制研究提供了可借鉴的分析范式。

本研究是一项典型的“多组学驱动”的植物生物学研究典范。它成功地回答了“云南山茶花为什么会有红、粉、白不同颜色”这一科学问题，将宏观的表型（花色）与微观的基因表达和代谢物积累紧密联系起来。研究成果不仅具有重要的理论意义，也为园艺实践中的花色改良提供了具体的基因靶点和坚实的科学依据。

声明：本文内容及图片部分来源于已见刊的文献，内容观点仅代表个人解读，具体参考原文.

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自覃元元科学网博客。
链接地址：https://blog.sciencenet.cn/blog-3289971-1512564.html

上一篇：[转载]Horticulturae ||生根粉处理下扦插桑树存活的机制研究

相关知识

科学网—[转载]土壤过氧化氢酶（S
科学网—Nature Genetics：大豆驯化过程中控制开花时间变异基因受到的选择
科学网—付款方式升级
科学网—[转载]LWT
科学网—[转载]JSFA
【转载】科学网
科学网—[转载]Life
科学网—黄巍/徐小冬 联合国际专家主持专刊
科学网—[转载]Food Chemistry
科学网—[转载]Cell Reports

网址: 科学网—[转载]Frontiers in Genetics https://m.huajiangbk.com/newsview2494761.html