植物花斑形成分子機理研究報告進展

1、.1園 藝 學(xué) 報 2021，417：14851494 : / . ahs. ac. Acta Horticulturae Sinica : yuanyi*uebao126. 收稿日期：20210107；修回日期：20210619 基金工程：國家自然科學(xué)基金工程31060265、31260488；大學(xué)中西部方案學(xué)科建立工程Z*BJH-*K008 * 通信作者 Author for correspondence：wjhnau163. 植物花斑形成分子機理研究進展 尚 嘯，王 健*， 琴，龔 勝，海燕，玄兵 熱帶作物種質(zhì)資源保護與開發(fā)利用教育部重點實驗室，大學(xué)園藝園林學(xué)院， 570228 摘 要：

2、綜述了近年來對植物花斑形成分子機理的研究進展，總結(jié)了與花斑形成相關(guān)的花色素合成催化酶基因與調(diào)節(jié)基因，探討了轉(zhuǎn)座子、啟動子、RNA干擾、甲基化、病毒等對花斑形成的作用，并提出了花斑形成分子機理推測模型圖，以期為進一步認識花斑形成的分子機理，開展花斑育種奠定理論基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：花斑；花色素合成催化酶基因；MYB轉(zhuǎn)錄因子；轉(zhuǎn)座子；RNA干擾 中圖：S 68 文獻標志碼：A 文章0513-353*202107-1485-10 Research Advance in the Molecular Mechanisms of Plant Flower Blotch Formation SHANG *iao，

3、WANG Jian*，LI Qin，GONG Sheng，SUN Hai-yan，and ZHANG *uan-bing Key Laboratory of Protection and Development Utilization of Tropical Crop Germplasm ResourcesHainan University，Ministry of Education；College of Horticulture and Landscape Architecture，Hainan University，Haikou 570228，ChinaAbstract：Flower bl

4、otch is an important characteristic of flower ornamental traits. In previous researches the ponents and biosynthetic pathway of the pigment of the flower blotch have been understood well. This paper reviewed the recent research advance in the molecular mechanisms of flower blotch formation. The anth

5、ocyanidin synthesis catalase genes and regulatory genes related in the flower blotch were summarized，and the roles for the flower blotch formation of transposon，promoter，RNA interference，methylation and virus were discussed. A schematic diagram of the molecular mechanisms of flower blotch formation

6、was calculated for a better understanding of the mechanisms，which would promote the theory study for the breeding about flower blotch. Key words：flower blotch；anthocyanidin synthesis catalase genes；MYB transcription factor；transposon；RNA interference 欣賞植物的花斑是指在花瓣或花萼上大小、形態(tài)和位置根本固定的色斑程金水，2000，如三色堇Viola

7、 wittrockiana、文心蘭Oncidium hybridum、紫斑牡丹Paeonia rockii等花瓣或花萼基部的深色色斑，廣義的花斑應(yīng)該還包括其他同一花冠上具有不同顏色的區(qū)域。迄今為止，文獻中提到關(guān)于花斑的主要類別包括：點狀花斑spotYamagishi，2021、花邊marginal picoteeSaito et al.，2007、星型star typeKoseki et al.，2005、二色bicolorKoseki et al.，2005； .11486 園 藝 學(xué) 報 41卷 Morita et al.，2021、復(fù)雜色variegated*u et al.，2021、

8、條紋stripe*u et al.，2021、斑塊blotchEndo，1954；Zhang et al.，2007、小丑型harlequin phenotypeMa & Pooler，2021等，其中小丑型特指花瓣中心存在較大深色斑塊的類型?；ò叩拇笮?、顏色和分布對于這些植物的欣賞價值有重要影響。 現(xiàn)有研究說明，花斑形成的理化根底主要是*些色素成分特別是花色素在花瓣或花萼特定區(qū)域的積累。比方三色堇白底紫斑的Mont Blanc和黃底紫斑的Rhinegold的花斑局部的組成色素是矢車菊素對香豆素糖苷cyanidin-p-coumarylglycoside和飛燕草素3：5對香豆素酰葡萄糖鼠糖苷d

9、elphinidin-3：5-p-coumarylglucorharnnosideEndo，1959；紫斑牡丹的花斑是由于矢車菊素糖苷在花斑基部積累造成的Zhang et al.，2007；文心蘭花萼與花瓣上同時含有花青素苷和類胡蘿卜素，類胡蘿卜素主要是堇菜黃質(zhì)viola*anthin的全反和9順異構(gòu)體，花青素苷主要是矢車菊素cyanidin及其甲基衍生物芍藥花素peonidin如芍藥素3O葡萄糖苷peonidin-3-O-glucoside、錦葵素3O葡萄糖苷malvidin-3-O-glucoside、飛燕草素3O葡萄糖苷delphinidin-3-O-glu-glucoside和矢車菊素

10、3O葡萄糖苷cyanidin-3-O-glucosideHieber et al.，2006；Chiou & Yeh，2021。因此，花色素在花瓣上分區(qū)堆積的分子機理是花斑形成原因的研究重點。 1 與花斑形成相關(guān)的基因 1.1 花色素合成催化酶基因?qū)ò咝纬傻挠绊?花色素的形成和分布主要受兩大類型基因的控制，一類是各種花色素合成的催化酶基因龍 等，2021，另一類是與催化酶基因表達相關(guān)的調(diào)控基因Clegg & Durbin，2000；Zufall & Rausher，2003；Ben-Simhon et al.，2021；Petroni & Tonelli，2021?，F(xiàn)有的研究說明，植物花斑的

11、形成是由于這些花色素基因在花瓣或其他成花部位上的差異性表達導(dǎo)致的。 花色素合成催化酶基因是花色素生物合成的根底。花色素苷在植物體生物合成途徑現(xiàn)在已經(jīng)研究得較為清楚宇 等，2021?；ò叩男纬墒怯捎谏邊^(qū)與非色斑區(qū)花色素含量或種類不同造成的，大量的研究結(jié)果證實由于花色素合成催化酶基因在不同區(qū)域的表達差異導(dǎo)致了色斑的形成。同時還證明不同植物花斑形成的相關(guān)花色素合成催化酶基因存在差異，一些種類是由于單個花色素合成催化酶基因表達的差異，如矮牽牛Petunia hybridaRed Star中白色星狀色斑的形成原因是CHS-A基因表達被抑制Koseki et al.，2005，蝴蝶蘭小丑型花瓣品種Eve

12、rspring Fairy塊的紫色色斑主要是DFR基因在色斑區(qū)特異性表達導(dǎo)致Ma & Pooler，2021，F(xiàn)35H基因表達差異導(dǎo)致的色斑現(xiàn)象也有報道Sato et al.，2021。另外一些則有兩個或以上的花色素合成催化酶基因表達的差異，如在文心蘭無斑的花瓣和萼片中，基因OgCHI 和OgDFR表達被遏制，是其色斑形成的根底Chiou & Yeh，2021；而在百合Lilium spp.Sorbonne中，LhCHSA、LhCHSB和LhDFR花色素合成催化酶基因在花被片的色點部位以及有色斑的中心部位和中間部位高度表達，在無色斑的邊緣區(qū)域則表達量很少Yamagishi，2021。由此可見，

13、色斑的形成往往只需要在色斑區(qū)與非色斑區(qū)有一個或者數(shù)個花色素合成催化酶關(guān)鍵基因表達的差異，而不需要所有的花色素合成催化酶基因都存在表達上的明顯差異。 除了僅由于空間的表達差異而形成花斑的情況外，最近Martins等2021對柳葉菜科Onagraceae植物Clarkia gracilis花斑的研究說明，花色素合成催化酶基因表達的時空差異，也可導(dǎo)致花斑的產(chǎn)生。Clarkia gracilis花瓣花色素合成催化酶基因中，F(xiàn)3H、F35H、DFR1在花瓣所.17期 尚 嘯等：植物花斑形成分子機理研究進展 1487 有區(qū)域都表達，但F3H只在花斑形成早期表達，F(xiàn)35H、DFR1只在花斑形成后期表達；DF

14、R2只在色斑區(qū)域表達，且只在早期表達。這樣F3H與DFR2在花斑形成早期只在色斑區(qū)的表達產(chǎn)生了矢車菊素，形成了初步的色斑；F35H、DFR1后期的表達則產(chǎn)生了錦葵色素，使得色斑顏色加深。這一結(jié)果說明，花斑花色素合成催化酶基因表達的時間和空間的組合相當精巧Glover et al.，2021；Martins et al.，2021。 1.2 花色素調(diào)節(jié)基因?qū)ò咝纬傻挠绊?目前至少有3類調(diào)節(jié)因子控制花青素代途徑，包括MYB轉(zhuǎn)錄因子Quattrocchio et al.，1998、bHLH型轉(zhuǎn)錄因子Ludwig & Wessler，1990；Spelt et al.，2002和WD40重復(fù)蛋白de

15、 Vetten et al.，1997。這3類調(diào)節(jié)基因相互作用，單獨調(diào)節(jié)或者形成MYB-bHLH-WD40復(fù)合體MBW共同調(diào)節(jié)花色素苷的生物合成，其調(diào)控模式已被廣泛研究Petroni & Tonelli，2021。在花斑的形成過程中，這些調(diào)控基因可以調(diào)節(jié)花色素合成催化酶基因在不同區(qū)域的表達水平，從而導(dǎo)致色斑的形成，其中最為經(jīng)典的例子是金魚草花冠花色的分布模式。影響金魚草花色分布的主要調(diào)節(jié)因子有4大類：DelilaDel、Mut、RoseaRos和VenosaVe。其中前二者是bHLH型調(diào)控因子，后二者是MYB調(diào)控因子。Del影響花冠管部的色素形成；Mut影響冠檐的花色形成；Ros有兩類，Ros

16、1和Ros2，影響管部和冠檐的花色形成，而Ve主要影響管部和冠檐脈絡(luò)處色素的形成Schwinn et al.，2006。不同的調(diào)節(jié)基因間存在復(fù)雜的相互作用，如Ros2只能在冠檐部與Del互作而不能與Mut互作，Ve、Ros1則可以和Mut在冠檐部互作，不同的互作模式導(dǎo)致金魚草冠檐部、花管部產(chǎn)生不同的色塊或條紋Schwinn et al.，2006，Shang et al.，2021。 相對而言，在這3類調(diào)控因子中，人們最關(guān)注MYB類調(diào)控因子對花色的調(diào)節(jié)，其對花斑形成的作用也研究最多。MYB家族轉(zhuǎn)錄因子是指含有MYB構(gòu)造域的一類非常保守的轉(zhuǎn)錄因子。在植物中常見的MYB轉(zhuǎn)錄因子屬于R2R3類型Ji

17、n & Martin，1999，但是也有3個重復(fù)區(qū)域Braun & Grotewold，1999；Kranz et al.，2000或1個重復(fù)區(qū)域的Dubos et al.，2021；Yi et al.，2021；Zhai et al.，2021。此外，在擬南芥中還發(fā)現(xiàn)存在R1R2R1R2-MYB蛋白這種含4R重復(fù)構(gòu)造的轉(zhuǎn)錄因子Stracke et al.，2001。目前的研究結(jié)果顯示，調(diào)節(jié)花色素苷合成與色斑形成相關(guān)的MYB因子主要是R2R3類型許志茹 等，2021；Gao et al.，2021；Petroni & Tonelli，2021，但是單一R重復(fù)結(jié)構(gòu)的MYB因子也有調(diào)控花色素形成的

18、功能Dubos et al.，2021；Zhang et al.，2021。 MYB轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)花色素苷基因具有組織特異性Cone et al.，1986；Quattrocchio et al.，1999，2006；Elomaa et al.，2003；可以調(diào)節(jié)多個花色素合成催化酶基因，而*個花色素苷基因也可能受多個MYB類調(diào)節(jié)因子的調(diào)控Jackson et al.，1991；Schwinn et al.，2006；Chiou & Yeh，2021；MYB類調(diào)節(jié)因子對花色素合成催化酶基因多數(shù)是正調(diào)控Elomaa et al.，2003；Chiou & Yeh，2021；Yamagishi，20

19、21，偶爾也有負調(diào)控Zhang et al.，2021；Gao et al.，2021；既可以和bHLH、WD40類轉(zhuǎn)錄因子共同作用調(diào)控基因的表達，也可以單獨對基因進展調(diào)控Petroni & Tonelli，2021。 MYB因子作用于植物花冠從而導(dǎo)致花斑出現(xiàn)的例子較多。Chiou和Yeh2021對文心蘭的研究發(fā)現(xiàn)，文心蘭花瓣和花萼中的R2R3型MYB轉(zhuǎn)錄因子基因OgMYB1僅在有色斑的區(qū)域表達，而且當用粒子轟擊的方式將OgMYB1導(dǎo)入無色斑區(qū)域時，會誘導(dǎo)OgCHI和OgDFR的表達，從而導(dǎo)致色斑的出現(xiàn)。Zhang等2021將單R類型的MYB轉(zhuǎn)錄因子基因AtCAPRICE轉(zhuǎn)入煙草后獲得了全部或

20、者局部抑制色素表達的植株，其中局部植株形成了中肋有色素的色斑表型，而這些轉(zhuǎn)基因植株的NtDFR、NtANS和Nt3GT的表達受到了較強抑制。Yamagishi等2021在研究百合Lilium spp.Montreu*的MYB轉(zhuǎn)錄因子時發(fā)現(xiàn)，LhMYB6轉(zhuǎn)錄因子特異地在花被片的斑點部位表達，對百合的色斑形成起調(diào)節(jié)作用。百合Sorbonne的另一個MYB轉(zhuǎn)錄因子基因LhSorMYB12.11488 園 藝 學(xué) 報 41卷 對色斑的形成也有調(diào)節(jié)作用：LhSorMYB12、LhCHSA、LhCHSB和LhDFR在花被片的色點部位以及有色斑的中心部位和中間部位高度表達，而在無色斑的邊緣區(qū)域則表達量很少，

21、說明LhSorMYB12的低量表達導(dǎo)致了花色素合成催化酶基因的表達量降低，進而使得邊緣區(qū)域花色素苷積累含量較低Yamagishi，2021。Nakatsuka等2021利用嵌合阻遏基因沉默技術(shù)Chimeric repressor gene-silencing technology，CRES-T阻遏了日本龍膽Gentiana triflora和G.scabra的雜交種花色素苷調(diào)節(jié)基因GtMYB3表達，兩株轉(zhuǎn)基因植株中出現(xiàn)了花瓣基部顏色變淺的色斑類型，這些植株花瓣淺色區(qū)域中的F3H、F35H、DFR和ANS基因的表達被強烈抑制，同時FNSII在淺色區(qū)域的表達量增加，使黃烷酮flavanone轉(zhuǎn)化為

22、黃酮flavone的效率更高，因此黃酮合成途徑的競爭力遠大于花色素苷合成途徑，從而形成了色斑。Ma 和Pooler2021研究發(fā)現(xiàn)蝴蝶蘭小丑型花瓣品種Everspring Fairy塊的紫色色斑主要是花色素苷相關(guān)基因MYB和DFR在色斑區(qū)表達所致，而與花色相關(guān)的基因MYC和wd在色斑區(qū)與非色斑區(qū)都不表達。Shang等2021研究發(fā)現(xiàn)金魚草的花冠上脈絡(luò)狀條斑是由基因Venosa決定，該基因編碼R2R3MYB型轉(zhuǎn)錄因子Schwinn et al.，2006。最近Matsubara 等2021發(fā)現(xiàn)矮牽牛Celebrity WhiteCY-WT在紫外線下呈現(xiàn)出肉眼不可見的條斑模式：在暗的花檐背景下沿著

23、中肋有5條亮條紋。研究說明，暗背景富含類黃酮，而亮條紋處則只有痕量類黃酮，取而代之的主要是肉桂酸衍生物咖啡酸和p香豆酸。與全暗的品種Celebrity Blue相比，CY-WT主要是MYB類調(diào)節(jié)基因AN2及其目標基因CHS-J和DFR的表達顯著減少，此外，在CY-WT的暗背景與亮條紋間檢測到了基因CHS-A的RNA干預(yù)現(xiàn)象RNA的降解及CHS-A的siRNA，說明這種肉眼不可見的條紋色斑是由于ANS表達的缺失及CHS-A干預(yù)共同形成的。以上研究說明，MYB類轉(zhuǎn)錄因子對花被色斑的調(diào)節(jié)是通過對一個或多個花色素苷基因進展正向或負向的組織特異性的表達調(diào)控來實現(xiàn)的，而且往往是單獨發(fā)揮作用，與bHL、WD

24、40等協(xié)同作用的例子較少。其他影響花色素合成的調(diào)節(jié)基因如與煙草中LIM家族的轉(zhuǎn)錄因子Ntlim1Kaothien et al.，2002、大豆中能夠特異性活化CHS基因的bZIP家族轉(zhuǎn)錄因子G/HBFDrge-Laser et al.，1997等類似的其他調(diào)節(jié)基因，雖然也有可能參與花斑的形成，但目前尚未見報道。 除了上述花色素合成催化酶基因與調(diào)節(jié)基因外，Sasaki等2021研究發(fā)現(xiàn)，康乃馨Dianthus caryophyllus中谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶GST也可能與花色的積累及色斑的形成相關(guān)。Han等2021發(fā)現(xiàn)蘋果中花青素復(fù)原酶anthocyanidin reductase，ANR在煙草中過表

25、達可以抑制煙草的CHI和DFR表達，形成白色或者紅白相間的花斑類型。由此說明，色斑形成的分子機理可能不僅僅局限于花色素合成的催化酶基因與調(diào)節(jié)基因，與花色形成、轉(zhuǎn)運、復(fù)原等相關(guān)的基因也可能是花斑產(chǎn)生的分子根底。 2 轉(zhuǎn)座因子與花斑的形成 轉(zhuǎn)座因子插入色素基因及其不準確的剪切會導(dǎo)致色素基因的異常表達，從而形成色斑，這方面的研究開展較早，報道也較多。轉(zhuǎn)座因子既可以作用于花色素合成催化酶基因，也可以作用于花色素調(diào)節(jié)基因，插入的區(qū)域也是多樣的，既可以插入基因外顯子，也可以插入含子，還有插入基因啟動子的報道。 目前報道較多的是轉(zhuǎn)座因子作用于花色素合成催化酶基因?qū)е律?。Enrico等1986發(fā)現(xiàn)金魚草pa

26、llida基因DFR類基因的啟動子區(qū)域插入一個Tam3轉(zhuǎn)座子后，轉(zhuǎn)座子的不準確剪切會導(dǎo)致花冠色素分布不均勻，從而形成不規(guī)則色斑。Clegg和Durbin2000認為圓葉牽牛I. purpurea白色花冠上的紫色斑塊是由于轉(zhuǎn)座子Tip100插入CHS-D的含子和5側(cè)翼序列導(dǎo)致的，而牽牛I. nil無色花冠上紅色圓點的形成則是由于Tpn2插入了CHI基因造成的。Galego和Almeida2007.17期 尚 嘯等：植物花斑形成分子機理研究進展 1489 發(fā)現(xiàn)柳穿魚屬Linaria的DFR基因中存在屬于CACTA family的轉(zhuǎn)座子Tl1，Transposon Linaria 1，該轉(zhuǎn)座子可以抑

27、制DFR基因的表達，從而使花色呈現(xiàn)象牙白色。當花瓣表皮細胞中的Tl1被不規(guī)則剪切時，就會在象牙白色的花瓣上出現(xiàn)紅色的組織，導(dǎo)致不規(guī)則花斑的出現(xiàn)。*u等2021發(fā)現(xiàn)大豆Glycine ma*的DFR2基因的第2個含子中插入了1個20 548 bp的CACTA-like轉(zhuǎn)座子，導(dǎo)致旗瓣上出現(xiàn)了紫色的色斑和條紋，而當轉(zhuǎn)座子剪切并插入DFR2基因的啟動子則導(dǎo)致全白色及花瓣基部出現(xiàn)深紫色色斑的兩類變異。同樣，Takahashi等2021發(fā)現(xiàn)大豆F35H基因的第1個外顯子中插入了3 883 bp的CACTA-family轉(zhuǎn)座因子Tgs1，從而導(dǎo)致了色斑的出現(xiàn)。Sato等2021發(fā)現(xiàn)非洲紫羅蘭Saintpa

28、ulia復(fù)色品種Thamires在組織培養(yǎng)過程中容易發(fā)生花色變異，形成不具色斑的類型。深入研究后發(fā)現(xiàn)，在復(fù)色品種的F35H基因啟動子中插入了1個屬于hAT超級家族的轉(zhuǎn)座子，是其花斑形成的原因。轉(zhuǎn)座因子作用于花色素調(diào)節(jié)基因?qū)е律叩膱蟮垒^少。Ohno等2021發(fā)現(xiàn)大麗花Dahlia variabilis中1個bHLH轉(zhuǎn)錄因子DvIVS參與了花色調(diào)節(jié)，而DvIVS的第4個含子插入了1個CACTA型的轉(zhuǎn)座子Dahlia variabilis 1Tdv1，從而導(dǎo)致了色斑的形成。從上述報道可知，導(dǎo)致花斑出現(xiàn)的轉(zhuǎn)座子主要是CACTA型的轉(zhuǎn)座子與hAT超級家族的轉(zhuǎn)座子，它們都是以DNA-DNA方式轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座

29、子。 3 啟動子特異性與花斑的形成 已有研究說明，植物花色素苷構(gòu)造基因的組織特異性表達的重要分子根底是組織特異性啟動子較早的關(guān)于花色素苷基因啟動子的特異表達的研究是Schmid等1990利用大豆CHS基因啟動子12 kb片段驅(qū)動的GUS基因轉(zhuǎn)化煙草，發(fā)現(xiàn)其表達僅限于花瓣的表皮。同時Koes等1990對矮牽牛CHSA 和CHSJ啟動子進展了比較詳細的研究，發(fā)現(xiàn)其中存在可控制基因在花中特異表達的元件。Ohl等1990克隆分析了擬南芥PAL基因啟動子。Annadana等2002克隆了菊花中的UEP1啟動子，并與矮牽牛中的chs-A、鋅指轉(zhuǎn)錄因子EPF2-5等的啟動子進展了比較分析，發(fā)現(xiàn)UEP1啟動子

30、驅(qū)動的GUS基因在菊花的舌狀花和管狀花中表達量很高，并遠超組成性啟動子CaMV35S；Han等2005克隆了蝴蝶蘭中的CHS基因Pchs，發(fā)現(xiàn)Pchs在花瓣、唇瓣、萼片等部位特異表達，分析說明Pchs啟動子含有順勢作用元件，可能是其特異表達的原因之一。在啟動子特異性與花斑形成的相關(guān)性研究方面，Nakatsuka等2007利用不同組織特異性啟動子構(gòu)建CHS的RNA干擾體系，結(jié)果說明組成型表達的CaMV35S：CHSir轉(zhuǎn)化的煙草花色全白，發(fā)根農(nóng)桿菌Agrobacterium rhizogenes特異啟動子構(gòu)建的rolC：CHSir轉(zhuǎn)化的煙草略微顯紅色，龍膽特異啟動子構(gòu)建的gentian GtCH

31、S：CHSir轉(zhuǎn)化煙草后只干擾了花朵上部的紅色，花瓣喉部的顏色得以保持，形成了類似花斑的類型。由此說明，啟動子的組織特異性可以用于類似花斑品種的構(gòu)建，這也間接證明啟動子特異型對于花斑的形成具有重要作用。 4 RNA干擾在花斑形成中的作用 Koseki等2005發(fā)現(xiàn)矮牽牛Petunia hybridaRed Star中白色星狀色斑的形成原因是基因CHS-A的RNA干擾造成白色區(qū)域的色素合成受阻。Morita等2021進一步研究發(fā)現(xiàn)矮牽牛的二色bicolor花朵類型如Picotee和Star型的形成是因為兩個首尾相連的CHSA的等位基因PhCHS-A1和PhCHS-A2的RNA干預(yù)引起的轉(zhuǎn)錄后沉默

32、造成的。Matsubara等2021研究矮牽牛Celebrity WhiteCY-WT在紫外線下呈現(xiàn)出肉眼不可見的星狀條斑模式時，檢測到了基因CHS-A的RNA干預(yù)現(xiàn)象RNA的降解及CHS-A的siRNA，說明這種肉眼不可見的條紋色斑也有CHS-A.11490 園 藝 學(xué) 報 41卷 干預(yù)的原因。Hosokawa等2021發(fā)現(xiàn)矮牽牛花朵呈現(xiàn)不穩(wěn)定的紅白色品種Magic Samba也是由于白色區(qū)域的CHSA基因的轉(zhuǎn)錄后沉默造成的，而且紅白斑的比例與磷的含量密切相關(guān)，當植株缺磷時，花冠上白色區(qū)域擴大，而白色區(qū)域除CHSA基因之外的其他花色素合成催化酶基因表達量增加，推測缺磷誘導(dǎo)CHSA轉(zhuǎn)錄后沉默，

33、從而引起了白色區(qū)域的擴大。5 DNA甲基化導(dǎo)致的花斑形成 DNA甲基化在花色合成與調(diào)節(jié)中的作用已有較多報道，但DNA甲基化對花斑形成作用的研究還很少見。Liu等2021研究了文心蘭有色斑品種Gower Ramsey和無色斑品種Honey Dollp后，發(fā)現(xiàn)其主要差異是基因OgCHS在Honey Dollp中無表達，而且不表達是由上游啟動子區(qū)域甲基化引起的：有色斑品種Gower Ramsey的OgCHS基因啟動子無甲基化。由此可見花色素催化酶基因的甲基化也可以導(dǎo)致表達效率顯著下降，從而形成花斑。 6 病毒與花斑的形成 病毒感染可引起斑駁的色斑。現(xiàn)有的研究說明，病毒感染導(dǎo)致葉片、種皮或者花瓣等出現(xiàn)

34、色斑主要是因為病毒中可以產(chǎn)生對*些色素基因的轉(zhuǎn)錄后沉默posttranscriptional gene silencing，PTGS或者RNAi起抑制作用的蛋白，從而使這些色素基因得以表達，產(chǎn)生色斑Senda et al.，2004。Teycheney 和Tepfer2001用CMV-R、potato potyvirus YPVY-nysa、tobacco etch potyvirusTEV-CAA10感染矮牽牛Starmania，引起花瓣中白色局部出現(xiàn)不規(guī)則色點，其原理就是病毒抑制了矮牽牛CHS-A基因的RNA干擾，使色素在白色局部得以積累。Koseki等2005研究發(fā)現(xiàn)矮牽牛Petunia

35、 hybridaRed Star中白色星狀色斑的形成原因是CHS-A的RNA干擾，造成白色區(qū)域的色素合成受阻，利用RNA干擾抑制病毒cucumber mosaic virus O strainCMV-O接種植株后，可以將白色星狀斑恢復(fù)為紅色。以上研究說明，病毒的沉默抑制蛋白viral silencing suppressor protein基因可能是病毒導(dǎo)致花斑形成的分子根底。 7 問題與展望 花色素的合成與調(diào)節(jié)已經(jīng)成為植物分子生物學(xué)研究的熱點，花斑的形成實際上是此類研究的一個特殊領(lǐng)域。因為花冠上色斑局部與非色斑局部的組織具有十分相似的遺傳、表達和構(gòu)造特征，因此對色斑與非色斑的比照研究具有很大

36、的便利，對于提醒花色素的細微調(diào)節(jié)和表達具有十分積極的意義，因而近年來關(guān)于花斑的研究逐漸增多。但是總體來說，花斑分子機理的研究還處于起步階段，一些關(guān)鍵性的問題尚待解決，比方色斑的大小和位置是如何決定的，色斑的形成是否受到外界因素如光照、溫度、水分等影響，如果有影響，將如何影響等。 Koseki等2005在研究矮牽牛Red Star中白色星狀色斑的時候提出了一個假設(shè)星狀花紅白清楚的界限是由于CHS-A基因的RNA干擾的小RNA或者包含RNA的信號分子從花瓣中脈向兩側(cè)擴散，含量依次降低，當邊緣到達RNA干擾發(fā)生的閾值時，則此處成為紅白二色的分界限。但這一假設(shè)尚未獲得證實，而且也不適用于非RNA干擾導(dǎo)

37、致的花斑。從本課題組的研究來看，一些具有固定色斑的花卉，如三色堇，其花斑的發(fā)育過程首先是花瓣基部的多處脈絡(luò)處著色，然后沿著脈絡(luò)逐漸向兩邊擴散，最終形成一塊完整的色斑，但是色斑邊緣通常不超過脈絡(luò)的最長處的圍，這提示這類固定色斑的大小與花瓣上的脈絡(luò)密切相關(guān)，但是是從脈絡(luò)上合成了相關(guān)色素再向兩邊擴.17期 尚 嘯等：植物花斑形成分子機理研究進展 1491 散，還是有*種信號分子從脈絡(luò)上擴散到兩邊引起色素的合成，或者是還存有其他的機制，目前還不清楚。 已有證據(jù)證明，光照、UV-A、UV-B、低溫、缺水、蔗糖以及其他生物脅迫等都有可能影響花色素的合成寧 等，2021。因而花斑的形成很可能也受到外界因素的

38、影響，但是目前缺乏相關(guān)報道。值得注意的是大多數(shù)花斑在蕾期就已開場形成，這意味著花斑區(qū)的色素形成不需要光照對色斑區(qū)的直接照射，花斑區(qū)花色素的合成對光信號的響應(yīng)可能是間接的，需要通過其他組織如葉片或者外層花被細胞來傳導(dǎo)。 綜上所述，可以初步總結(jié)出花斑形成的分子機理模型圖1。圖1中表示抑制的幾個因素，主要作用是抑制花冠*局部區(qū)域的花色素合成催化酶基因的表達，使得同一花冠上這局部區(qū)域花色不能合成，從而出現(xiàn)色斑。抑制作用是被什么機制限制在花冠特定區(qū)域的，目前的研究不多，還有很多未知領(lǐng)域。隨著將來研究的深入會得到進一步的完善。 圖1 花斑形成分子機理推測模型圖 ：表示促進； ：表示抑制花冠局部區(qū)域花色不能

39、合成，導(dǎo)致色斑；.：表示目前尚不清楚的步驟，或者目 前尚未報道，但是可能存在的途徑。 Fig. 1 Calculated schematic diagram of the molecular mechanisms of flower blotch formation ：Promoting； ：Means Inhibiting anthocyanin synthesis in special part of corolla and leading to blotch formation； .：Means unclear steps at present，or the approaches hav

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