花色基因工程小組成員:

冉盼盼郜路萍曾泉

陳飛

陳秀彬意義花是觀賞植物的主要觀賞部位,花色五彩斑斕,是花卉最主要,最直觀的性狀之一。但具體到某一種(類)花卉,特別是一些名貴花卉,花色卻很有限。如月季、郁金香、康乃馨缺少藍色和紫色;非洲紫羅蘭、仙客來、天竺葵、矮牽牛缺少純黃色;鳶尾、紫羅蘭缺少紅色和磚紅色,這些問題運用傳統雜交育種方法無法解決。因此,對花色基因工程的研究具有重要意義。比如玫瑰缺少藍色、紫色品種，并且傳

統育種方法很難培

育出，而通過基因

工程手段卻能使這

一目標得以實現。主要內容一.花色形成的主要因素二.基因工程修改花色的方法(在黃酮類色素的應用）1反義技術2共抑制技術3

RNA干擾技術三.表達外源黃酮類色素（多基因調控）四.其他黃酮類物質在花色基因改良上的應用（共色作用）五.最新研究進展（調控轉錄因子基因）一、影響花色形成的主要因素園林植物的花色素主要由黃酮類色素、類胡蘿卜素和生物堿等次生代謝產物。此外，花的顏色還受液泡液pH值、分子堆積作用等其他一些因素的影響。類胡蘿卜素廣泛存在于植物體內，參與植物光合作用等重要生命活動，基因工程操作難度較大。生物堿類物質雖然不是植物必須的代謝產物，但是目前代謝機理了解的比較少。黃酮類色素是研究較多的次生代謝產物，其生物合成途徑已在、玉米、矮牽牛等高等植物上得到述，分子機理較為清楚。苯丙烷途徑木質素P-香豆酰輔酶A苯丙氨酸三個丙二酰-CoA金魚草6-O-葡萄糖苷3-脫氧花色苷柚皮素黃酮類化合物二氫山萘酚二氫五羥黃酮二氫楊梅素黃酮醇類矢車菊素天竺葵素翠雀素糖苷花青素花色苷（花色素）4

,2’,4’，6’-四羥基查耳酮C4’GT

,AS黃酮類色素合成途徑CHSCHIF3HFNSGT,ANS,FNRF3'HCF3'5'HFLSDFRDFRANSDFRANSANSGT,MT,AT二、基因工程技術修改黃酮類色素合成途徑的方法改變花顏色調控內源黃酮類色素表達水平調控花色的方法就是通過抑制色素生物合成酶，減少內源色素合成。查爾酮合成酶（CHS）是黃酮類合成時所需的中間產物，所以主要是通過抑制查爾酮合成酶基因表達從而達到目標。反義技術首先明確決定花花色素的代謝途徑中催化各反應步驟的酶（查爾酮合成酶），克隆編碼查爾酮合成酶（CHS）的基因，反向轉入到目的植株中，外源DNA轉錄產物與內源的互補mRNA結合，而抑制目的植株中這些生化物質的合成。利用反義手段構建查爾酮合成酶表達載體，并通過農桿菌介導法導入粉紅色菊花品種中，結果得到了全白色或淡粉色花。共抑制法緊接著，共抑制方法也被證明在花色改良上是有效的。

共抑制法是指在植物體內導入內源基因的額外拷貝，抑制該內源基因轉錄產物mRNA的積累，從而抑制該內源基因的表達。利用共抑制作用已獲得多種新花色的花卉，如紅色玫瑰變粉紅，粉紅色香石竹變成淺粉，紫色矮牽牛花變成白色等。反義和共抑制方法目前應用的較少RNA干擾技術（RNAi）由于近年來出現現了更有效RNA干擾方法。RNA干涉(RNA

interference,簡稱RNAi)是指一些小的雙鏈

RNA(double

strand

RNA,dsRNA)可以高效、特異的阻斷體內特定基因表達,促使mRNA降解,誘使細胞表現出特定基因缺失的表型。RNAi是一種高效的特異性強的基因阻斷技術。可以快速分析靶基因的功能，近年來發展迅速,已成為功能基因組研究和反向遺傳學研究的有力工具。外源性基因隨機整合到宿主細胞基因組內,經過特殊的操作，產生一些

dsRNA（特殊的雙鏈RNA）。胞質中的核酸內切酶Dicer將這些dsRNA切割成多個具有特定長度和結構的短雙鏈RNA(大約21~25

bp),即siRNA。siRNA與體內一些酶結合形成RNA誘導的沉默復合物(RISC)。RNA誘導的沉默復合物經過解旋具有活性，然后與查爾酮合成酶基因轉錄的mRNA的同源區進行特異性結合,具有活性的RNA誘導的沉默復合物具有核酸酶的功能,在結合部位切割mRNA,被切割后的斷裂mRNA隨即降解。RNAi作用機制淺紅香石竹粉紅香石竹白色矮牽牛三、表達外源黃酮類色素黃酮類化合物含量在不同花卉品種上差異很大。一些植物能產生某種花青素，而其他品種卻不能。因此，一種比較有希望的方法就是通過轉基因方法將外源目的基因導入目標植物。首先是在矮牽牛上導入玉米相關基因導致花色的改變在藍花設計上，藍花植物的花色素主要是翠雀素糖苷。翠雀素是無色的。但是是通過催化翠雀素（二氫黃酮醇）B環3‘和5’位置的基團的羥化可以形成翠雀素糖苷，但多數花缺乏都缺乏黃酮類3‘5’羥化酶

(F3′5′H)。2004年，三得利公司讓玫瑰具備了制造“翠雀花素”的能力。染出來的藍玫瑰——“藍色妖姬”日本公司培植出的世界上第一株藍玫瑰普通香石竹轉后香石竹導入外源DFR

（二氫黃酮醇4-還原酶）和F3′5′H基因，無色的二氫楊梅素(翠雀素)變為藍色的翠雀素糖苷。DFR是在不同花色素代謝途徑中對花色素的最終形成起決定性作用的酶。但是不同物種的DFR對底物的選擇性不同，所以合成不同的花色素，呈現的花色各異應用基因工程技術改良出自然界中不存在的花色菊花玫瑰矮牽牛多基因調控生物合成基因的多重表達調控是必不可

少的，在許多物種上已經得到廣泛應用。在藍眼菊上，通過RNAi抑制F3′H并且

導入非洲菊DFR基因，結果導致天竺葵色素積累。應用該種方法在夏瑾和矮牽牛上多基因表達調控已產生各種目的花色。四、其他黃酮類物質在花色基因改良上的應用夏瑾花通常是紫色和藍紫色。通過調控噢哢類合成途徑導致夏瑾產生黃花。噢哢也稱苯亞甲基香

豆滿酮，是一種黃酮

類，其衍生物和苯基

苯乙烯酮類一起構成

花黃素。噢哢是菊科、玄參科花的黃色素的

主要成分抑制夏瑾內源F3H和DFR基因，引入金魚草C4′GT（查爾酮4′－O－葡糖基轉移酶）和AS（金魚草素合成酶）基因過量表

達，引起金魚草素6－O－葡萄糖苷（噢哢類）在花瓣上的大量積累。在這個研究中，通過抑制F3′H或DFR基因阻止內源花色素積累，引入外援基因表達進而獲得明顯的黃顏色花，也算是多基因調控的方法共色作用是指黃酮類及其它有關化合物與花色素一起呈現增色效應，產生從紫色到藍色的色系。目前的研究，主要是引入相關DFR基因誘導黃酮類累積，由于共色作用而產生藍色花卉。共色作用修飾各種基因，包括引入糖基轉移酶，絲

氨酸羧肽酶類酰基轉移酶（SCPL）都能使各種底物產生糖基化或酰基化。修改底物

被廣泛應用于花色改良。糖基化和酰基化

的花青素修飾是一種潛在的基因工程改良

花色的新方法。然而，還沒用利用糖基化

和酰基化修飾花青素顯著改良花色的報道。五、花色素基因改良的最新研究策略關于黃酮類物質生物合成途徑相關的轉錄因子基因調控，在開花植物上已經被證明是行之有效的改良花色新方法。調控轉錄因子基因轉錄因子是指能夠結合在某基因上特異核苷酸序列上的蛋白質，這些蛋白質能調控其基因的轉錄。例如，R2R3－MYB轉錄因子操縱某些花青素生物合成。這些轉錄因子通常調控黃酮類物質合成途徑中所需酶的基因。因此，通過調控轉錄因子可以有效調控很多目的基因。R2R3－MYB和

bHLH基因被用來調控擬番茄、矮牽牛、煙草等植物黃酮類物質的生物合成。調控轉錄因子基因展望從已知實驗結果表明基因工程技術操作使花色變異的可能性大大增加,這意味著通過此途徑易獲得新花色品系,這一點與觀賞植物產業追求新穎的傾向相符。總之,隨著基因活性調控機理的揭示和基因操作技術的進步,花色基因工程將展示更為廣闊的應用前景,也必將給花卉業帶來革命性的影響。春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜人的志向通常和他們的能力成正比例夫學須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學志不立，天下無可成之事Thank

you

very

much

for

taking

me

with

you

on

that

splendid

outing

to

London.

It

was

the

first

time

that

I

had

seen

the

Tower

or

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the

other

famous

sights.If

I'd

gone

alone,

I