反義RNA技術(shù)在花色育種中課件

反義RNA技術(shù)在花色育種中的應(yīng)用內(nèi)容簡(jiǎn)要改良花色的途徑反義RNA花色形成的分子生物學(xué)應(yīng)用反義RNA技術(shù)進(jìn)行花色改良結(jié)束語(yǔ)一、改良花色的途徑一直以來(lái)，育種工作者們利用雜交手段培育植物新的花色，具有育種周期長(zhǎng)，目的性差，效率低等缺點(diǎn)，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用使更多新異花色的出現(xiàn)成為可能，目前改變花色的主要方法有：反義RNA、共抑制法、引入新基因來(lái)補(bǔ)充某些品種缺乏合成某些顏色的能力、導(dǎo)入調(diào)節(jié)基因、轉(zhuǎn)座子插入法、輔助基因多基因?qū)?、核酶抑制。三、花色形成的分子生物學(xué)

采用反義RNA技術(shù)進(jìn)行花色分子育種的研究，依賴于對(duì)花色形成分子生物學(xué)研究的突破性進(jìn)展?；ㄉ纬墒侵钢参餇I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)發(fā)育停止后，進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段，花器官發(fā)育過(guò)程中合成一系列的色素化合物而使花朵顯現(xiàn)出一定的顏色?；ㄉ姆肿由飳W(xué)研究是以黃酮類化合物的生物合成途徑的解析為突破口的，經(jīng)過(guò)多年的研究已取得豐碩的成果。

1、花色色素概況植物的花色主要由黃酮類化合物、類胡蘿卜素和生物堿三類物質(zhì)決定。類胡蘿卜素存在于質(zhì)體內(nèi)，一般呈現(xiàn)黃色、橙色和紅色等。類胡蘿卜素的顯色和分子中的共軛雙鍵數(shù)有密切的關(guān)系，隨著共軛雙鍵數(shù)的增加其顏色就越偏向紅色，另外至少要有7個(gè)共軛雙鍵時(shí)才能呈現(xiàn)出黃色。黃酮類化合物存在于液泡內(nèi)，根據(jù)中間吡喃環(huán)氧化程度地不同，將黃酮類化合物分為12類，即查爾酮、橙酮、黃酮、黃酮醇、黃烷酮、二氫查爾酮、兒茶精類、黃烷-3-4-二醇、雙黃酮、異黃酮、

原花色素和花色素苷。黃酮類化合物中除花色素苷是紅色系外，均屬黃色系。查爾酮和橙酮是深黃色，其它為淡黃色或近于無(wú)色。2、花色素苷的生物合成對(duì)于花色素苷生物合成途徑的研究已十分詳盡。其中3種植物在研究合成途徑和基因分離中起至關(guān)重要的作用，即玉米、金魚草和矮牽牛。黃酮類化合物由花色素苷和花黃色素組成，而花黃色素又是花色素苷合成過(guò)程中的中間產(chǎn)物。因此，所謂黃酮類化合物的合成途徑其實(shí)就是指花色素苷的合成途徑（圖1）。從這個(gè)圖中可以看出控制花色形成的結(jié)構(gòu)基因CHS、CHI、DFR、F3’H和F3’5’H等對(duì)花色色素的合成非常重要，對(duì)這些結(jié)構(gòu)基因?qū)嵤┱x或者反義的調(diào)控能夠?qū)ㄉM(jìn)行改良。就選擇了CHS作為調(diào)控對(duì)象。對(duì)CHS的反義調(diào)控使花色素合成被打斷而使花色變淡，甚至變成白色或者粉色，所以是淡色花育種的一條途徑。VanderKrol等將CHS的cDNA反向連接于CaMV的35S啟動(dòng)子上，再連接雙元載體Bin19轉(zhuǎn)化矮牽牛，使花色由紫紅色變成粉紅色并夾有白色，有些花朵完全呈白色。Courthey-Gutterson和Napoli將菊花中分離的CHS基因以反義和正義方向插入粉紅色的菊花品種的基因組中，結(jié)果在正義和反義轉(zhuǎn)化株中都得到了白花或極淺的粉紅色花，而對(duì)照沒(méi)有出現(xiàn)白花植株，而且還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株的白花性狀通過(guò)營(yíng)養(yǎng)繁殖能夠穩(wěn)定遺傳而不影響其他想轉(zhuǎn)的表達(dá)。同樣，在煙草中，反義抑制CHS基因的表達(dá)也獲得了改變花色的植株，使花冠由桃紅色變?yōu)榘咨?。VanderKrol等將菊花CHS基因正義導(dǎo)入菊花園藝品種后產(chǎn)生了白色花和圖案各異的彩瓣花。

2、對(duì)DFR基因的調(diào)控DFR基因也是花色素生物合成中重要的基因之一，在其參與下無(wú)色的二氫槲皮醇、二氫山奈素和二氫楊梅黃酮分別變?yōu)榧t色的矮菊色素、磚紅色的天竺葵色素和藍(lán)色的飛燕草色素。因?yàn)镈FR基因很早就從模式植物（玉米、金魚草和矮牽牛等）中分離出來(lái)，而且它是花色素合成途徑中的關(guān)鍵基因，所以在花色研究的早期是反義RNA技術(shù)應(yīng)用的主要對(duì)象之一。對(duì)DFR基因的調(diào)控通常都導(dǎo)致了不同程度地花色素合成量的減少而出現(xiàn)新奇的花色。3、F3H、F3‘H和F3’5‘H基因的調(diào)控

F3H基因的功能是促使黃酮核C3位置羥基化形成二氫槲皮醇、二氫山奈素和二氫楊梅黃酮。對(duì)該基因的反義抑制同樣會(huì)使花色得以改變。F3‘H催化二氫黃酮醇B環(huán)3’位的羥化，形成紅色矢車菊色素的前提二氫槲皮醇，而F3’5‘H催化二氫黃酮醇B環(huán)3’和5’位的羥化，形成藍(lán)紫色飛燕草色素的直接前提二氫楊梅黃酮。由于F3’5‘H基因直接控制著形成藍(lán)色花的飛燕草色素的合成，所以它對(duì)藍(lán)色花的育種具有非常重要的作用，一度被稱為“藍(lán)色基因”。4、對(duì)控制花瓣液泡pH值基因的反義調(diào)控