反義RNA技術(shù)在花色育種中

1、反義RNA技術(shù)在花色育種中的應(yīng)用1內(nèi)容簡要改良花色的途徑反義RNA花色形成的分子生物學(xué)應(yīng)用反義RNA技術(shù)進(jìn)行花色改良結(jié)束語2一、改良花色的途徑 一直以來，育種工作者們利用雜交手段培育植物新的花色，具有育種周期長，目的性差，效率低等缺點，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用使更多新異花色的出現(xiàn)成為可能，目前改變花色的主要方法有：反義RNA、共抑制法、引入新基因來補充某些品種缺乏合成某些顏色的能力、導(dǎo)入調(diào)節(jié)基因、轉(zhuǎn)座子插入法、輔助基因多基因?qū)?、核酶抑制?二、反義RNA 反義RNA是指一些與特定RNA（多為mRNA）或DNA互補的小分子量的可擴散DNA轉(zhuǎn)錄物，它們通過特異性的堿基互補方式控制基因的表達(dá)和

2、參與基因表達(dá)的調(diào)控。4三、花色形成的分子生物學(xué) 采用反義RNA技術(shù)進(jìn)行花色分子育種的研究，依賴于對花色形成分子生物學(xué)研究的突破性進(jìn)展?；ㄉ纬墒侵钢参餇I養(yǎng)生長發(fā)育停止后，進(jìn)入生殖生長階段，花器官發(fā)育過程中合成一系列的色素化合物而使花朵顯現(xiàn)出一定的顏色。花色的分子生物學(xué)研究是以黃酮類化合物的生物合成途徑的解析為突破口的，經(jīng)過多年的研究已取得豐碩的成果。 1、花色色素概況 植物的花色主要由黃酮類化合物、類胡蘿卜素和生物堿三類物質(zhì)決定。類胡蘿卜素存在于質(zhì)體內(nèi)，一般呈現(xiàn)黃色、橙色和紅色等。類胡蘿卜素的顯色和分子中的共軛雙鍵數(shù)有密切的關(guān)系，隨著共軛雙鍵數(shù)的增加其顏色就越偏向紅色，另外至少要有7個共軛雙鍵

3、時才能呈現(xiàn)出黃色。黃酮類化合物存在于液泡內(nèi)，根據(jù)中間吡喃環(huán)氧化程度地不同，將黃酮類化合物分為12類，即查爾酮、橙酮、黃酮、黃酮醇、黃烷酮、二氫查爾酮、兒茶精類、黃烷-3-4-二醇、雙黃酮、異黃酮、5 原花色素和花色素苷。黃酮類化合物中除花色素苷是紅色系外，均屬黃色系。查爾酮和橙酮是深黃色，其它為淡黃色或近于無色。 2、花色素苷的生物合成 對于花色素苷生物合成途徑的研究已十分詳盡。其中3種植物在研究合成途徑和基因分離中起至關(guān)重要的作用，即玉米、金魚草和矮牽牛。黃酮類化合物由花色素苷和花黃色素組成，而花黃色素又是花色素苷合成過程中的中間產(chǎn)物。因此，所謂黃酮類化合物的合成途徑其實就是指花色素苷的合成

4、途徑（圖1）。從這個圖中可以看出控制花色形成的結(jié)構(gòu)基因CHS、CHI、DFR、F3H和F35H等對花色色素的合成非常重要，對這些結(jié)構(gòu)基因?qū)嵤┱x或者反義的調(diào)控能夠?qū)ㄉM(jìn)行改良。67四、應(yīng)用反義RNA技術(shù)進(jìn)行花色改良 將反義鏈接接在表達(dá)載體上，用其轉(zhuǎn)化花卉，通過來抑制黃酮類化合物合成過程中的某個基因的活性，從而改變花色合成的產(chǎn)物，進(jìn)而改變花色。 1、對CHS基因的調(diào)控 從圖1可知，CHS催化4-香豆酰CoA與丙二酰CoA縮合成柚配基-查爾酮。CHS基因最初從歐芹中分離到，它最矮牽牛中由810個成員組成。植物正常發(fā)育過程中只有CHS-A和CHS-J表達(dá)，且這種表達(dá)只能在花中。有關(guān)研究表明，CHS

5、不僅是植物花色形成途徑中的關(guān)鍵基因，而且還與CHI及DFR之間存在著相互作用。所以最早進(jìn)行花色改良的研究者8 就選擇了CHS作為調(diào)控對象。對CHS的反義調(diào)控使花色素合成被打斷而使花色變淡，甚至變成白色或者粉色，所以是淡色花育種的一條途徑。Van der Krol等將CHS的cDNA反向連接于CaMV的35S啟動子上，再連接雙元載體Bin19轉(zhuǎn)化矮牽牛，使花色由紫紅色變成粉紅色并夾有白色，有些花朵完全呈白色。Courthey-Gutterson和Napoli將菊花中分離的CHS基因以反義和正義方向插入粉紅色的菊花品種的基因組中，結(jié)果在正義和反義轉(zhuǎn)化株中都得到了白花或極淺的粉紅色花，而對照沒有出現(xiàn)

6、白花植株，而且還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株的白花性狀通過營養(yǎng)繁殖能夠穩(wěn)定遺傳而不影響其他想轉(zhuǎn)的表達(dá)。同樣，在煙草中，反義抑制CHS基因的表達(dá)也獲得了改變花色的植株，使花冠由桃紅色變?yōu)榘咨?Van der Krol等將菊花CHS基因正義導(dǎo)入菊花園藝品種后產(chǎn)生了白色花和圖案各異的彩瓣花。9 2、對DFR基因的調(diào)控 DFR基因也是花色素生物合成中重要的基因之一，在其參與下無色的二氫槲皮醇 、二氫山奈素 和二氫楊梅黃酮分別變?yōu)榧t色的矮菊色素、磚紅色的天竺葵色素和藍(lán)色的飛燕草色素。因為DFR基因很早就從模式植物（玉米、金魚草和矮牽牛等）中分離出來，而且它是花色素合成途徑中的關(guān)鍵基因，所以在花色研究的早期是反義RN

7、A技術(shù)應(yīng)用的主要對象之一。對DFR基因的調(diào)控通常都導(dǎo)致了不同程度地花色素合成量的減少而出現(xiàn)新奇的花色。 3、F3H、F3H和 F35H基因的調(diào)控 F3H基因的功能是促使黃酮核C3位置羥基化形成二氫槲皮醇 、二氫山奈素 和二氫楊梅黃酮。對該基因的反義抑制同樣會使花色得以改變。10 F3H催化二氫黃酮醇B環(huán)3位的羥化，形成紅色矢車菊色素的前提二氫槲皮醇，而F35H催化二氫黃酮醇B環(huán)3和5位的羥化，形成藍(lán)紫色飛燕草色素的直接前提二氫楊梅黃酮。由于F35H基因直接控制著形成藍(lán)色花的飛燕草色素的合成，所以它對藍(lán)色花的育種具有非常重要的作用，一度被稱為“藍(lán)色基因”。 4、對控制花瓣液泡pH值基因的反義調(diào)控 液泡的pH值是影響花色形成的一個重要因素。從三色牽牛的變色、月季的藍(lán)變和對矮牽牛的不同色系的研究都說明了花色和液泡的pH 值關(guān)系密切。液泡pH值偏低，花呈紅色；反之則為藍(lán)紫色。11 將反義RNA技術(shù)用于花色研究不僅有助于揭示花色形成的分子生