花青素是一類廣泛分布的黃酮類次生代謝物，不僅是植物色彩的重要決定因素,，還作為抗氧化劑參與植物對生物和非生物脅迫的響應,。此外，富含花青素的食物對人類健康具有多種益處,。馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）作為一種重要的塊莖類作物，起源于安第斯山脈的地方種，其塊莖顏色展現(xiàn)出豐富的多樣性,，主要歸因于花青素和類胡蘿卜素的積累。然而,，作為馬鈴薯的主要食用部位,，塊莖薯肉中花青素合成的調控機制仍然未被闡明。

近日,，《植物生物技術雜志（Plant Biotechnology Journal）》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）張春芝課題組與云南師范大學馬鈴薯科學研究院祝光濤課題組發(fā)表題為“Two tandem R2R3 MYB transcription factor genes cooperatively regulate anthocyanin accumulation in potato tuber flesh”的文章,。該研究闡明了塊莖薯肉花青素調控位點Pigmented tuber flesh (Pf)中兩個串聯(lián)的R2R3 MYB轉錄因子基因StMYB200和StMYB210協(xié)同調控薯肉花青素合成的分子機制。

研究人員利用135份二倍體馬鈴薯種質對薯肉花青素性狀進行GWAS分析,，在10染色體鑒定到一個主效位點,，命名為Pf位點?；蚪M和轉錄組分析表明,，StMYB200和StMYB210可能是Pf位點的候選基因?；蚓庉嬙囼灡砻鱏tMYB200和StMYB210均參與調控薯肉花青素的積累,，是Pf位點的候選基因,。轉錄組分析發(fā)現(xiàn)類黃酮和花青素合成通路中的大部分結構基因在敲除株系中顯著下調，進一步表明StMYB200和StMYB210調控薯肉花青素合成,。RT-qPCR結果顯示這兩個基因敲除基本不影響StMYB200的表達,，但顯著下調StMYB210的表達，特別是StMYB200敲除株系中,，StMYB210幾乎不表達,，表明這兩個MYB轉錄因子之間可能存在調控關系。

啟動子分析發(fā)現(xiàn),，紅皮紅肉材料中的StMYB210基因啟動子存在一個1.7 kb的插入片段,。Dual-LUC試驗表明，StMYB200可以激活包含1.7 kb插入片段的StMYB210啟動子,。而1.7 kb插入片段包含10個100 bp左右的重復序列,，每個重復序列包含兩個MYB結合元件（MBS2），同時含包含四個另一種類型的MYB結合元件（MBS1）,。酵母單雜交和EMSA試驗證實,，StMYB200可以結合MBS1位點。Dual-LUC,、酵母單雜交和EMSA試驗同樣表明,，StMYB210通過結合自身啟動子中1.7 kb插入片段的MBSs元件激活自身轉錄。

StMYB200和StMYB210敲除株系中StbHLH1完全不表達,，因此認為StMYB200和StMYB210位于StbHLH1上游調控其轉錄,，Dual-LUC試驗同樣證實了該結論?；蚓庉嫳砻鱏tbHLH1參與調控薯肉花青素積累,。利用酵母雙雜交、pull-down,、LUC互補和BiFC試驗證實StMYB200、StMYB210和StbHLH1兩兩之間均存在蛋白互作,。Dual-LUC試驗表明StbHLH1不可以單獨激活下游花青素合成基因StDFR的轉錄,，但能增強StMYB200和StMYB210對StDFR的激活作用。

為了驗證StMYB210啟動子中1.7 kb插入片段在自然群體中是否同樣關鍵,，選擇了24份二倍體馬鈴薯材料進行分析,，其中包含4份白皮白肉的野生型材料，11份薯肉無花青素積累的種質,，9份薯肉有花青素積累的種質,。結果發(fā)現(xiàn)，野生材料的StMYB210啟動子均不含1.7 kb插入,，而薯肉有色材料均包含1.7 kb插入,；同時半定量發(fā)現(xiàn)StMYB210在含1.7 kb插入片段馬鈴薯材料的薯肉中有表達,，不含1.7 kb插入片段材料中StMYB210不表達。進一步對354份二倍體馬鈴薯材料的StMYB210啟動子進行擴增分析,，結果表明StMYB210啟動子中1.7 kb插入片段可能是一個馴化位點,，隨著花青素性狀的馴化和改良，頻率不斷增加,。

最后,，我們繪制了一個馬鈴薯薯肉花青素合成調控模式圖。在Pf單倍型中,，StMYB200正常表達,，結合StMYB210啟動子的1.7 kb插入片段激活StMYB210表達，StMYB210進一步結合1.7 kb插入片段增強自身表達水平,；StMYB200,、StMYB210與StbHLH1形成復合體，激活下游花青素合成基因的轉錄,，在薯肉中積累花青素,。在pf單倍型中，StMYB200低表達,，但StMYB210啟動子缺失1.7 kb插入片段,，無法被StMYB200激活，他們也無法形成復合體激活下游結構基因,，薯肉中也不能積累花青素,。

本研究揭示了Pf位點調控馬鈴薯薯肉中色素積累的遺傳和分子機制，為理解馬鈴薯中花青素合成的調控提供了新的視角,，同時為開發(fā)具有更高營養(yǎng)價值和市場需求的彩色馬鈴薯品種提供了重要參考,。

基因組所（大鵬灣實驗室）博士后杜慧、翟澤峰和云南師范大學馬鈴薯科學研究院博士研究生普金為論文的共同第一作者,?；蚪M所（大鵬灣實驗室）張春芝研究員與云南師范大學馬鈴薯科學研究院祝光濤教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃課題,、國家自然科學基金項目,、廣東省基礎與應用基礎研究重大專項和中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程等項目的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14602