TaHY5启动子自然变异通过上调TaF3H和TaANS转录促进紫粒小麦花青素生物合成的分子机制

为解决紫粒小麦花青素合成调控机制不明的问题，研究人员通过比较转录组分析鉴定出关键转录因子TaHY5，发现其通过结合TaF3H和TaANS启动子的ACE/G-box元件直接激活转录，揭示了启动子区光响应元件的拷贝数变异是紫色表型形成的分子基础，为小麦营养品质改良提供新靶点。

　　

在植物王国中，色彩不仅是美丽的装饰，更是健康密码的载体。紫粒小麦因其富含具有抗氧化、抗炎等功能的花青素而备受关注，然而其颜色形成的分子机制始终蒙着神秘面纱。花青素作为类黄酮化合物，其合成受结构基因（如F3H、ANS）和转录因子（如MYB-bHLH-WD40复合体）共同调控，但HY5这类光信号核心调控因子在小麦中的功能尚未阐明。

郑州大学农业科学院农作物基因资源与改良国际联合实验室的研究团队通过比较紫粒小麦ZM163和白粒小麦ZM152的转录组，锁定了关键转录因子TaHY5。研究发现，TaHY5不仅具有核定位和转录激活活性，还能通过结合TaF3H启动子的ACE-motif（ACGT）和TaANS启动子的G-box（CACGTG）直接激活这两个关键结构基因的表达。更引人注目的是，紫粒小麦TaHY5启动子区比白粒小麦多出更多光响应ACE-motif拷贝，这种自然变异增强了TaHY5的转录活性。该研究首次揭示了HY5直接调控小麦花青素合成的分子通路，相关成果发表在《Plant Physiology and Biochemistry》。

研究采用三大关键技术：1）基于20-35天灌浆期籽粒的时空动态分析确定花青素积累峰值；2）通过烟草异源表达和病毒诱导基因沉默(VIGS)验证TaHY5功能；3）运用酵母单杂交(Y1H)和双荧光素酶报告系统解析启动子互作机制。

【时空动态分析】发现紫粒小麦花青素含量在开花后30天达到峰值（125 U/g），与果皮颜色深度呈正相关（图1）。
【基因功能验证】在烟草中过表达TaHY5可使内源NtF3H/NtANS上调2-3倍，而沉默TaHY5则使小麦胚芽鞘花青素降低40%（图3-4）。
【分子互作机制】Y1H证实TaHY5直接结合TaF3H启动子的-583 bp ACE-box和TaANS启动子的-876 bp G-box（图6），双荧光素酶实验显示紫色品种启动子活性比白色高2.1倍（图8）。

该研究建立了"TaHY5-TaF3H/TaANS"调控轴模型（图10），阐明启动子自然变异通过增强转录因子活性驱动花青素合成的进化机制。不仅为小麦营养强化育种提供分子标记靶点，更拓展了对bZIP家族转录因子跨物种调控功能的认知。作者团队指出，未来可基于ACE-motif拷贝数开发分子标记，辅助选育高花青素小麦新品种。研究得到国家自然科学基金（32301786）和河南省科技攻关联合基金（222301420027）支持，通讯作者为Tian Baoming和Shi Gongyao。