Plant Physiol. | 南京农业大学熊爱生团队揭示紫色胡萝卜突变形成非紫色胡萝卜的分子机理
胡萝卜（Daucus carota L.），原产亚洲西南部，阿富汗为最早演化中心，栽培历史在3000年以上。最早驯化栽培的胡萝卜为紫色和黄色，而黄色胡萝卜被认为是由紫色胡萝卜突变而来。公元11-15世纪前后，胡萝卜逐渐传播到欧洲和东亚地区，逐渐演化出了白色和红色的胡萝卜。在16世纪，欧洲人又从中选育出了现在最广泛栽培的橙色胡萝卜【1】 。
不同颜色的胡萝卜（图片来源于网络）
紫色胡萝卜通过不断选育，又出现了不同类型。但是，紫色胡萝卜突变形成非紫色胡萝卜的分子机理至今还不清楚。前人研究表明，在胡萝卜3号染色体上存在P1 和P3 两个位点，分别决定不同类型紫色胡萝卜中花青苷合成。其中，肉质根为紫色但叶柄为非紫色的胡萝卜中花青苷合成由P1位点决定，而肉质根（全紫或仅表皮为紫色）和叶柄都为紫色的胡萝卜（如Deep purple和Cosmic purple）中花青苷合成由P3位点决定【2】。
南京农业大学伞形科蔬菜作物遗传与种质创新国家重点实验室熊爱生教授课题组在P3位点找到两个与花青苷合成相关的MYB基因，分别为DcMYB6和DcMYB7。DcMYB6转入拟南芥中表达能促使其合成花青苷，但转入橙色胡萝卜中却不能。DcMYB7转入拟南芥和橙色胡萝卜中表达都能促进花青苷合成。通过CRISPR/Cas9敲除全紫色胡萝卜‘Deep purple’中的DcMYB7基因，其肉质根变成了黄色，说明DcMYB7是决定花青苷合成的关键基因。
进一步研究发现， DcMYB7的启动子由两种突变方式造成其在非紫色胡萝卜中表达量大大降低：第一种为DcMYB7发生了一次自我复制形成了一个无效的DcMYB8基因，DcMYB8基因插入到了DcMYB7启动子当中将其打断；第二种为两个转座子插入到了DcMYB7启动子当中将其打断，这两个转座子在胡萝卜基因组中存在大量的拷贝。该研究还发现了两个分别控制紫色胡萝卜中花青苷糖基化和酰基化修饰的关键基因DcUCGXT1和DcSAT1，这两个基因的表达直接受到了DcMYB7的调控。
近日，该研究成果以Changing Carrot Color: Insertions in DcMYB7 Alter the Regulation of Anthocyanin Biosynthesis and Modification 为题发表在Plant Physiology上。
据悉，南京农业大学徐志胜副教授为该论文的第一作者，熊爱生教授为通讯作者。该研究由国家自然科学基金青年项目等基金资助。
参考文献
【1】Banga, O. (1963) Origin and distribution of the western cultivated carrot. Genetica Agraria 17, 357-370.
【2】Cavagnaro, P.F., Iorizzo, M., Yildiz, M., Senalik, D., Parsons, J., Ellison, S. and Simon, P.W. (2014) A gene-derived SNP-based high resolution linkage map of carrot including the location of QTL conditioning root and leaf anthocyanin pigmentation. BMC Genomics 15, 1118.
www.plantphysiol.org/content/early/2019/06/18/pp.19.00523
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