杜鹃花黄酮3-O-糖基转移酶Ra3GT2通过调控花青素合成增强植物耐盐抗旱性的机制研究

本研究从杜鹃花中鉴定出黄酮3-O-糖基转移酶Ra3GT2，通过体内外实验证实其能催化花青素和黄酮醇的糖基化修饰，并在拟南芥和烟草中证实其过表达可增强花青素积累及耐盐抗旱能力，为植物抗逆育种和花青素代谢调控提供新靶点。

　　

研究背景

植物在自然环境中常面临干旱、盐碱等非生物胁迫，这些胁迫会导致活性氧(ROS)过量积累，破坏细胞稳态。花青素作为植物重要的抗氧化剂，其合成关键酶——黄酮3-O-糖基转移酶(3GT)的功能在杜鹃花属中尚未明确。贵州师范大学的研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表论文，首次从杜鹃花(Rhododendron agastum)中分离出Ra3GT2基因，揭示其通过糖基化修饰花青素前体增强植物抗逆性的双重功能。

关键技术方法

研究采用转录组测序从杜鹃花中分离Ra3GTs基因；通过系统发育分析和PSPG保守域鉴定功能蛋白；利用拟南芥ugt78d2突变体互补实验和烟草花色改造验证体内功能；体外酶活实验证实其可催化UDP-葡萄糖/半乳糖转移至黄酮类3-OH位点；通过盐(NaCl)和干旱(甘露醇)胁迫处理评估转基因植物的抗性。

研究结果

1. 分离与序列分析

从杜鹃花转录组中鉴定出3个3GT基因，仅Ra3GT2具有完整开放阅读框(1395 bp)，编码464个氨基酸，含典型PSPG结构域。系统进化分析显示其与已知花青素糖基化酶聚为一类。

2. 体内功能验证

在拟南芥ugt78d2突变体中，Ra3GT2表达可恢复幼苗紫色表型；转基因烟草花朵颜色显著加深，伴随花青素合成通路基因(CHS、DFR等)上调表达。

3. 体外酶活特性

重组Ra3GT2能将UDP-葡萄糖/半乳糖转移至飞燕草素、槲皮素等底物的3-OH位点，催化效率达3.2×10⁴ M^-1s^-1。

4. 抗逆性提升

过表达Ra3GT2的拟南芥和大肠杆菌在300 mM NaCl或400 mM甘露醇胁迫下存活率提高50%以上，ROS清除酶(SOD、POD)活性显著增强。

结论与意义

该研究首次阐明杜鹃花3GT通过双重机制增强植物适应性：① 糖基化修饰提升花青素稳定性，增强抗氧化能力；② 调控内源抗逆基因表达网络。这一发现为观赏植物抗逆育种和花青素产业开发提供了理论依据，同时拓展了对植物次生代谢与环境适应关联的认知。研究团队特别指出，Ra3GT2在农作物抗逆改良中具有潜在应用价值。