紫花二月兰中调控花青素合成的关键基因OvANS的鉴定与功能分析

本研究针对二月兰(Orychophragmus violaceus)花色变异机制，通过比较转录组分析和基因克隆技术，发现花青素合成关键基因OvANS在白色花瓣中表达显著下调。研究人员在OvANS启动子区鉴定到两个插入片段，证实其通过抑制基因表达导致花色由紫变白。该研究为观赏植物花色改良提供了重要分子靶点。

　　

在观赏植物育种领域，花色作为最重要的观赏性状之一，直接影响其市场价值。二月兰（Orychophragmus violaceus）作为早春观赏花卉，其紫色花品种在育种过程中常出现白色花变异，虽然提升了观赏多样性，但花色形成的分子机制尚不明确。以往研究表明，花青素（anthocyanin）是决定植物花色的关键色素，其合成受到结构基因和转录因子的精密调控。然而，在二月兰中，导致紫色花向白色花转变的关键遗传因素仍有待揭示。

为解决这一问题，研究人员以二月兰紫色花品系（OvP-37）和白色花品系（OvW-1）为材料，通过基因组学、转录组学和分子生物学手段系统解析了花色变异的分子基础。研究发现，白色花瓣中花青素含量显著低于紫色花瓣，而花青素合成通路中的晚期结构基因OvANS（anthocyanidin synthase）在白色花中表达几乎完全缺失。进一步分析表明，OvANS启动子区存在两个插入片段（143 bp和360 bp），可能通过改变启动子活性抑制基因表达。该研究不仅阐明了二月兰花色变异的关键机制，也为观赏植物花色定向育种提供了理论依据。本研究发表于《BMC Plant Biology》。

关键技术方法包括：通过RNA-seq技术对白色和紫色花瓣进行转录组比较分析；利用qRT-PCR验证差异表达基因；采用基因克隆技术获得OvANS基因全长序列；通过序列比对分析启动子区变异；利用半定量PCR检测基因组织表达模式。所有植物材料均来自赣南师范大学研究基地的自交系。

Phenotypic characterization and analysis of total anthocyanin content

通过对OvP-37和OvW-1品系的花表型观察发现，紫色花品系花瓣呈深紫色，而白色花品系花瓣为纯白色。花青素含量测定显示，白色花瓣中花青素含量极低，紫色花瓣中含量达4.39 mg/g鲜重，证实花青素积累是二月兰花色形成的关键因素。

Genome-wide identification of genes involved in anthocyanin biosynthesis

基于拟南芥（Arabidopsis thaliana）花青素合成通路基因，在二月兰基因组中鉴定出98个相关基因，分布在12条染色体上。其中OV09染色体分布最多（19个），而OV02、OV03和OV05染色体各分布5个。多个基因存在串联重复现象，如UGT78D2、CHI、GST等。

Analysis of the expression patterns of anthocyanin-related genes

转录组分析显示，虽然白色花瓣中花青素合成通路早期基因（PAL、C4H、4CL3等）仍有表达，但晚期基因ANS表达显著下调。转录因子MYBL2在两种花色中均有表达，而其他调控因子表达水平较低。

Comparative transcriptome analysis of purple and white flower petals

差异表达基因分析发现1037个基因在白色和紫色花瓣中存在显著表达差异，其中598个上调，439个下调。花青素合成通路中有4个基因（ANS、GST、TCP3和AHA10）表达差异显著。qRT-PCR验证证实ANS和GST在紫色花瓣中高表达，而在白色花瓣中几乎不表达。

Insertion of two DNA fragments into the promoter region affects the expression of OvANS

基因克隆发现白色花品系OvANS启动子区存在两个连续插入片段（143 bp和360 bp），而编码区序列高度保守。这些插入可能通过影响转录因子结合而抑制基因表达。

The expression pattern of OvANS in different tissues

组织表达分析显示，OvANS在紫色花品系的叶片、叶柄、花瓣和幼嫩角果中均有表达，其中花瓣表达最高；而在白色花品系中各组织表达量极低，仅在角果中有微弱表达。

研究结论表明，OvANS基因启动子区的片段插入是导致二月兰花色由紫变白的关键突变事件。这一发现不仅揭示了二月兰花色变异的分子机制，也为通过基因编辑技术定向调控花色提供了潜在靶点。该研究为观赏植物花色改良提供了新的思路，对丰富二月兰花色多样性具有重要实践意义。同时，研究中建立的花青素合成通路基因数据库也为其他十字花科植物的花色研究提供了宝贵资源。