SrMYB1低表达导致暴马丁香白色花表型的分子机制解析

本研究发现暴马丁香（Syringa reticulata subsp. amurensis）白色花表型的关键调控机制。通过靶向代谢组学分析，揭示其花瓣中花青素（anthocyanin）含量显著低于紫丁香（S. oblata），而转录因子SrMYB1的低表达是导致花青素生物合成通路结构基因（CHS、DFR、ANS等）下调的核心因素。异源过表达实验证实SrMYB1能激活烟草中花青素积累，并调控MBW复合体（MYB-bHLH-WD40）形成。该研究为丁香属植物花色改良提供了关键靶点和理论依据。

　　

摘要

暴马丁香（Syringa reticulata subsp. amurensis）作为高价值观赏树种，其纯白色花表型限制了观赏价值的提升。本研究通过整合代谢组学、分子生物学和转基因功能验证，系统解析了白色花形成的分子机制。

材料与方法

研究以暴马丁香和紫丁香（Syringa oblata）为材料，采集初花期花瓣进行靶向代谢组学分析（LC-MS/MS平台）。通过qRT-PCR检测花青素生物合成通路中9个结构基因和4个转录因子表达差异。从暴马丁香叶片中克隆SrMYB1编码序列，通过Gateway技术构建过表达载体，利用农杆菌介导法（GV3101菌株）转化烟草（Nicotiana tabacum）。转基因植株的花青素含量采用pH示差法测定。

结果

花青素代谢物分析

暴马丁香花瓣总花青素含量仅37.10 μg/g（干重），显著低于紫丁香（1850.46 μg/g）。检测到的85种类黄酮代谢物中，32种花青素为暴马丁香特有，24种为紫丁香特有。关键差异代谢物包括飞燕草素-3-O-芸香糖苷（delphinidin-3-O-rutinoside）等6种含量>10 μg/g的花青素，其中5种在暴马丁香中显著低表达。值得注意的是，22.87 μg/g的delphinidin-3-O-(6-O-p-coumaroyl)-glucoside独占暴马丁香总花青素的61.64%。

基因表达模式

花青素通路结构基因（CHS、CHI、F3H、F3'H、F3'5'H、DFR、ANS、UFGT）及调控因子（MYB、bHLH1、bHLH2、WD40）在暴马丁香花瓣中均显著下调。相反，黄酮醇合成关键酶基因FLS表达显著上调，与其高含量异槲皮素（quercetin-3-O-glucoside，799.11 μg/g）和柚皮素（naringenin，66.03 μg/g）积累一致。

SrMYB1特征与功能

克隆获得的SrMYB1编码序列长714 bp，编码237个氨基酸，预测为不稳定蛋白（不稳定性指数54.11）。系统进化分析显示其与葡萄VvMYBA1和茶树CsMYB113亲缘最近。蛋白结构分析发现R2R3结构域包含典型的花青素调控基序[A/S/G]NDV和[R/K]Px[P/A/R]xx[F/Y]。

组织表达谱显示SrMYB1在嫩叶中表达最高，花朵中最低。烟草异源过表达实验证实：SrMYB1OE株系在根、茎、叶、花、蒴果和种子中均出现显著花青素积累，最高达27±0.6 mg/100g鲜重。分子机制研究表明，SrMYB1通过上调内源转录因子NtAN2（MYB）和NtAN1b（bHLH），激活结构基因NtCHS、NtDFR、NtANS、NtUFGT和NtANR表达，同时抑制NtFLS表达。

讨论

研究证实暴马丁香具备完整的花青素生物合成通路，但低表达的SrMYB1导致MBW复合体形成不足，无法有效激活下游基因表达。竞争性代谢分流现象显著：底物二氢槲皮素优先进入FLS介导的黄酮醇合成途径，而非DFR主导的花青素合成途径。SrMYB1在嫩叶中的高表达提示其可能响应低温等环境因子。

结论

SrMYB1低表达是暴马丁香白色花表型形成的关键因素。该研究为丁香属植物花色分子育种提供了理论依据和关键靶基因，对观赏植物品质改良具有重要指导意义。