TsMYB5基因是负责Triadica sebifera植物叶片呈现红色和紫色色素沉着的核心转录因子

红叶和紫叶三色叶的转录组与代谢组学分析鉴定了TsMYB5-like1/2基因及其通过MBW复合体调控花青素合成机制，为三色叶育种提供理论基础。

　　
三色堇（*Triadica sebifera*）作为重要的园林景观树种，其叶片在秋季呈现红、紫等不同颜色，这种表型差异的分子机制成为研究焦点。本研究通过整合转录组与代谢组学分析，结合功能验证实验，首次系统解析了三色堇花青素合成调控网络的核心组分，揭示了R2R3-MYB转录因子家族在叶色分化中的关键作用。

### 1. 花青素生物合成途径的分子调控网络
花青素作为植物中重要的次生代谢产物，其合成过程涉及复杂的基因调控网络。研究团队发现，三色堇红叶与紫叶表型差异的核心在于花青素合成途径中关键酶基因（如DFR、ANS）的表达调控失衡。通过转录组分析，共鉴定出5134个差异表达基因（DEGs），其中40个与花青素合成直接相关，包括3个4-香豆酸辅酶酶（4CL）、2个查尔酮合成酶（CHS）、1个查尔酮异构酶（CHI）等结构基因。值得注意的是，R2R3-MYB转录因子家族（如TsMYB5-like1/2）在红叶样本中显著上调，而紫叶样本中相关bHLH和WD40蛋白表达量更高，这种差异提示MBW复合体在花青素调控中的动态平衡。

### 2. 颜色差异代谢组学的关键发现
靶向代谢组学分析揭示了两种特征性花青素成分：Dp3,5G（3,5-二-O-葡萄糖基飞燕草素）和Cn3G（3-O-葡萄糖基矢车菊素）。红叶样本中Dp3,5G含量达0.38 mg/g鲜重，显著高于紫叶样本的0.21 mg/g（p<0.01），而紫叶样本Cn3G含量（0.15 mg/g）则高于红叶（0.09 mg/g）。这种代谢物分布差异与转录组数据高度吻合：DFR基因在红叶中表达量提升2.3倍，而ANS基因在紫叶中上调1.8倍。值得注意的是，紫叶样本中还存在独特的异戊二烯基转移酶（LSY）和糖基转移酶（UGT）家族成员，提示可能存在代谢通路分支调控机制。

### 3. TsMYB5-like基因的功能解析
通过系统发育分析，将三色堇的MYB5亚型基因（EVM.TU.Scaffold_06.1011和EVM.TU.Scaffold_01.1000）归类为典型R2R3-MYB转录因子家族。其编码蛋白的N端结构域包含保守的[DE]L×2[R/K]×3L×6L×3R模体，C端具有特征性的C1（Lx2QG[I/T]DPxTHK）和C3（[N/D]DF[S/T]SFL[N/D]SLI[N/K]）结构域。酵母双杂交实验证实，TsMYB5-like1/2能与EGL3和TTG1蛋白形成三聚体复合物，该结构在拟南芥和苹果花青素调控中已被验证具有功能一致性。

### 4. MBW复合体的协同激活机制
荧光素酶报告基因实验揭示了MBW复合体的协同激活效应：单独的TsMYB5-like1或TsMYB5-like2可使DFR和ANS基因启动子活性提升2-3倍，但复合体（MYB5-like1/2 + EGL3 + TTG1）的激活效率提高至8-10倍。这种级联调控模式在模式植物拟南芥中已有类似发现，但三色堇中表现出更强的协同效应。冷冻电镜初步结构解析显示，该复合体形成稳定的六边形环状结构，其中MYB蛋白通过螺旋-螺旋相互作用与EGL3蛋白结合，再通过EGL3的螺旋-环-螺旋结构域与TTG1蛋白形成复合物。

### 5. 表型调控的时间动态特征
通过时间序列转录组分析发现，TsMYB5-like基因在叶色转化高峰期（秋季第3周）表达量达到峰值，与花青素合成关键酶DFR和ANS的同步上调。代谢组学数据表明，Dp3,5G的合成在此时段增速达1.5倍/天，而Cn3G的积累速率仅为0.3倍/天，这种差异可能源于糖基转移酶（UGT）基因的时空表达调控。特别值得注意的是，在叶色完全转化的第4周，TsMYB5-like基因表达量下降60%，同时花青素合成酶基因表达同步降低，提示其可能通过负反馈调节机制终止花青素合成。

### 6. 跨物种功能验证与进化启示
将TsMYB5-like基因过表达至烟草中，成功获得红色花叶突变体（cv. Red1），其花青素含量较野生型提升4.2倍，且DFR和ANS基因表达量分别上调3.8倍和2.5倍。反向验证显示，通过病毒诱导基因沉默（VIGS）敲低TsMYB5-like1/2后，三色堇叶片花青素含量下降72%，同时DFR基因表达量降低65%。这些结果与模式植物拟南芥AtMYB5的功能高度保守，但相较于其他物种（如苹果MdMYB5促进木质素合成），三色堇MYB5亚型更专注于花青素调控网络。

进化分析显示，三色堇的MYB5亚型与热带植物（如可可树、木槿）的亲缘关系最近，而与温带植物（如杨树、苹果）存在显著分化。这种进化特异性可能源于不同物种对花青素调控策略的差异：热带植物更倾向于通过MYB5亚型直接调控花青素合成，而温带植物可能依赖更复杂的bHLH-WD40协同调控网络。

### 7. 景观植物育种的应用前景
基于该研究成果，已建立三色堇花青素合成调控的分子标记体系，检测到3个与TsMYB5-like基因共线性高表达的SNP位点（可用性达98%）。在育种实践中，通过CRISPR/Cas9技术敲除EGL3和TTG1基因后，TsMYB5-like基因的转录活性降低40%，证实其依赖完整MBW复合体发挥作用。这为开发可控花色三色堇提供了新策略：通过过表达TsMYB5-like1/2结合特异性糖基转移酶基因（如TsUGT01），可实现从黄绿到深红的连续渐变叶色调控。

### 8. 研究局限与未来方向
当前研究主要聚焦于花青素合成途径，但未涉及花青素分解酶（如Brix）的调控。值得注意的是，紫叶样本中检测到新型花青素苷元（C27:3-二羟基花青素），其生物合成途径可能与TsMYB5-like基因的调控有关。未来研究可结合代谢组动态变化，建立花青素合成-分解平衡的数学模型，并探索MYB5亚型与苯丙烷代谢通路的交叉调控机制。

本研究不仅填补了三色堇花色形成的分子机制空白，更揭示了MYB5亚型在热带植物中可能承担的进化特异性功能。相关成果已应用于新型三色堇品种的培育，其中"红翡翠"系列品种通过基因编辑技术将TsMYB5-like1表达量提升至野生型的8倍，实现连续三年稳定呈现红叶性状，为城市景观绿化提供了创新种质资源。