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蝴蝶石斛兰花色和花香形成相关基因的表达与分析

花匠小妙招
2024-10-29 09:04

蝴蝶石斛兰花色和花香形成相关基因的表达与分析

【摘要】： 在众多的观赏植物中,兰花凭借其丰富的花色和花香营造出了悠久的文化价值和独特的艺术价值。其花色和花香还在吸引传粉者中起着关键作用。蝴蝶石斛兰通常指石斛属"Phalaenopsis"系列,具有很高的观赏价值,其花色以紫红色、粉红色和白色等色调为主,然而目前栽培的品种大多不具香气。蝴蝶石斛兰是热带兰花卉产业中重要的切花和盆花产品之一,同时被广泛应用于花环,餐桌花等花艺设计中。为明确蝴蝶石斛兰花色与花色素及花色相关基因表达之间的关系,本实验通过花色表型分析,总黄酮和总花青素含量测定,同时使用实时荧光定量PCR技术测定花色相关基因的相对表达量,利用相关性分析,研究花色、花色素、花色相关基因表达之间的相关性,筛选出调控蝴蝶石斛兰花色形成的关键基因,并利用酵母表达系统中自激活活性检测法和基因枪瞬时表达法对重要转录因子基因进行了功能分析。结果如下：(1)通过对18个花色不同的蝴蝶石斛兰品种的花瓣色素与花色表型(包括明度L*、色相a*值、色相b*、彩度C*、色相角h)的分析发现总花青素与总黄酮呈极显著正相关,二者均与明度L*,色相b*,彩度C*呈极显著负相关,表明随着花青素和黄酮醇含量的增加,花色颜色加深、明度降低,蓝色程度加大,鲜艳程度降低：总花青素与色相a*值表现出极显著的正相关,表明花青素的积累有助于提高花色的红色程度。(2)对18个花色不同的品种和3个唇瓣与花瓣颜色不同的品种中28个花色相关基因的表达模式分析发现：对所选蝴蝶石斛兰白色和黄色花色的形成起决定性作用的转录因子为MYB4、bHLH1,酶基因主要为DFR、ANS1、F3H、7GT1、F3'H1。对所选蝴蝶石斛兰粉红色花色形成起作用的转录因子为MYB4、bHLH1,酶基因主要为DFR、ANSI、7GT1、7GT2、7GT3。(3)对所选的转录因子MYB4、MYB8、MYB10和bHLH1基因进行功能分析,通过自激活活性检测发现MYB4有转录激活活性,通过基因枪瞬时表达发现MYB4和bHLH1均能使品种‘魅力’白色花瓣产生紫红色色素斑点,表明其对花青素合成起正调控作用。为查明蝴蝶石斛兰不同品种不同香味的成因和花香气萜类成分相关基因的表达特征,利用固相微萃取(SPME)方法结合GC-MS技术筛选出不同品种的主要赋香成分和关键发香部位,使用实时荧光定量PCR技术测定相关基因的相对表达量。具体结果如下：(1)测定了蝴蝶石斛兰5个具香气品种和2个不具香气的品种盛花期的花朵挥发性成分及其相对含量。共鉴定出45种挥发性化合物,其中萜烯类34种、芳香族化合物9种、酯类2种,5种具香气的蝴蝶石斛兰花朵所含挥发性成分绝大部分都是萜烯类,萜烯类对蝴蝶石斛兰的花香起着重要的作用。通过比较发现,5种具香气蝴蝶石斛兰的主要赋香成分为3-蒈烯、芳樟醇、α-可巴烯和α-法尼烯,不同品种挥发性成分的组成和含量明显不同。‘绿天使’和‘日出2号’的主要香气成分是3-蒈烯,但其在‘日出2号’中的释放率约为‘绿天使’的3倍；‘白花607’主要香气成分为3-蒈烯、α-可巴烯、芳樟醇；‘紫背256’中α-法尼烯相对含量最高；‘魅力’中主要是α-可巴烯。2个不具香气品种中鉴定出化合物较少,主要挥发性成分释放率较小；‘红牛’主要挥发性成分是胡莫柳酯,‘三亚阳光’主要的是异丁子香酚,这些主要挥发性成分对不同品种蝴蝶石斛兰花的特有香味起着决定性作用。(2)‘绿天使’主要发香部位为花瓣,其次唇瓣。“日出2号’主要发香部位为萼片,其次唇瓣和花瓣。‘白花607’主要发香部位为花瓣,其次唇瓣。‘紫背256’主要发香部位为花瓣,其次唇瓣和萼片。不同品种的花朵花瓣基本都是主要发香部位,而蕊柱基本不发香。花挥发性成分受采样时间,花发育阶段所影响,比较复杂。‘绿天使’中TS1、TS2、LS;日出中的TS2、TS3、LS;‘紫背256’中的RS可能是主要的花香萜类合成酶基因。6个萜类合成酶候选基因的表达在不同品种,不同部位表达模式都不同,其与蝴蝶石斛兰花香气萜类成分积累的关系还有待进一步研究。本研究找出了蝴蝶石斛兰花色形成中关键酶基因和转录因子基因,阐述了蝴蝶石斛兰不同花色形成的可能原因,明确了几种蝴蝶石斛兰主要的赋香成分和发香部位,初步探索了萜类合成酶候选基因的表达模式,为蝴蝶石斛乃至观赏植物的花色,花香的基因工程研究提供一定的理论基础。

【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016

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