花色改造基因工程研究進展

1、花色改造基因工程研究進展摘要1987年世界首例成功運用轉基因技術改造矮牽?；ㄉ詠恚ㄉ脑旎蚬こ碳夹g不斷被證明其在培育新花色品系上的無窮魅力。本文介紹了近年來運用基因工程技術成功改造花色的主要三種策略：1.采用反義RNA及共抑制的方法來改變花顏色的深淺；2.通過導入新基因產生新奇花色；3.利用轉座子構建特殊表達載體，隨機激活花色合成的基因來產生嵌合花色。另外，本文還對轉基因株花色不穩(wěn)定原因進行了討論。關鍵詞花色花色素苷基因工程花是觀

2、賞植物的主要觀賞器官。自然界花色種類繁多，但一些重要花卉卻色彩有限，如月季、郁金香、康乃馨缺少藍色和紫色；非洲紫羅蘭、仙客來、天竺葵、矮牽牛缺少純黃色；鳶尾、紫羅蘭等缺少紅色和磚紅色，這些是運用傳統(tǒng)雜交育種方法無法解決的問題。因此，對花色基因的研究具有重要的意義，一方面使人們有可能對花色進行人工修飾，進一步提高其觀賞和商品價值；另一方面，由于花色的明顯可見性，花色基因可作為看得見的標記基因，用于研究基因的表達、調控等?；ㄉ剀帐怯绊懟ǖ?/p>

3、主要色素，控制花從紅色至紫色、藍色的一系列變化，其含量的增高或降低都可能改變著花的顏色。目前對屬于類黃酮的花色素苷的合成代謝以及與之相關的基因研究得較為深入，而且已被應用于改造花色的研究中。下面將介紹成功進行花色改造的基因工程技術和成果。1花色變淡導入植物內源色素基因的反義(antisense)基因或正義（sense）基因抑制內源色素基因的活性，造成無色底物的積累，使花色變淡或變白。1.1反義RNA技術（antisensesuppres

4、sion）將某一基因反向插入植物表達載體，然后導入植物體內，這種“錯誤”的DNA轉錄成RNA之后，與內源的互補mRNA結合，使mRNA不能合成蛋白質，以此達到抑制靶基因表達的目的，也即達到修飾目標性狀的目的，實現(xiàn)花色的改變。1988年，verKrol等[1]首先采用此法獲得了矮牽?；ㄉ儺愋缕贩N，他們將編碼查爾酮合成酶(chalconesynthase，CHS)的結構基因反向導入矮牽牛植株，轉基因株的花色由紫色變成白色，且不同株系表現(xiàn)出

5、不同程式的花色變異。Aida等[2]分別將反義DFR((dihydroflavonol4reductase)和CHS導入藍豬耳中，轉基因株系的花冠花色素苷含量均呈不同程度的減少，結果產生多種新花色圖案，如花冠檐上深著色部分呈波浪形或某些唇瓣著色較深。轉反義CHS的株系，花筒和花冠檐的花青素苷色均同等程度減少，花顏色趨于紅色；而轉DFR基因株系冠檐的花色素苷含量減少程度比冠筒的大，轉化株因積累了大量的黃酮、黃酮醇物質，因而轉化株花的顏色顯

6、得更藍。一般而言，采用反義RNA技術轉化結構基因，均在不同程度上減少花青素苷的含量，花色也相應的變淡。該方法也已成功地應用于改造其它多種花色上[3，4]。1.2共抑制法（sensesuppression或cosuppression）即通過導入一個（或幾個）與內源基因同源或異源（但序列應與內源基因具高度同等[11]將A1基因導入RL01中，轉化株積累了天竺葵糖苷，沒有DHK，花為磚紅色。這也說明了來源于玉米的A1基因編碼的DFR酶不象矮牽

7、牛的DFR酶一樣，對底物極其專一。但以上獲得的轉化株花顏色極不穩(wěn)定，最終花呈多種顏色，如白色、雜色和紅色。Elomaa等[12]比較了來源A1基因和非洲菊DFR（gdfr）基因在RL01中的表達情況，發(fā)現(xiàn)轉A1基因的植株花顏色較淡，且隨生長發(fā)育時間發(fā)生變化，這與導入RL01多拷貝基因和35s啟動子和A1cDNA發(fā)生甲基化有關。轉gdfr基因的植株，花色澤深且穩(wěn)定，這與gdfrcDNA中GC含量低，不易發(fā)生甲基化有關。Davies等[13

8、]將苜蓿CHR（chalconereductase）導入矮牽牛，發(fā)現(xiàn)轉化株花的顏色從白色變?yōu)辄S色，這是因為轉化株中積累了大量6脫氧查爾酮的緣故。轉辣椒紅素合成酶基因的煙草植株，葉片中由于積累在辣椒紅而呈紅色[14]。來源于單細胞綠藻Haematococcusplusvialis的編碼a胡蘿卜素酮酶基因，被定向導入煙草蜜腺組織后，改變了轉化株胡蘿卜素生物合成的途徑，在蜜腺組織中產生了蝦青素，該組織的顏色也相應地從黃色變?yōu)榧t色[15]。理論

9、上可以通過超表達某一結構基因，以增強原有代謝產物的表達，達到加深花器官花色素苷的含量。但目前該方法在改造花色研究中尚無成功的報道。結構基因的活性由調節(jié)基因控制，目前已分離的調節(jié)基因多來自玉米。當植物組織由于缺乏調節(jié)基因表達產物而不能激活結構基因時，可以通過導入調節(jié)基因來改變花色。Lloyd等[16]將玉米的調節(jié)基因R和C導入擬南芥和煙草中，兩種植物的轉化株花色均由白色變?yōu)椴煌顪\的粉紅色。在觀賞植物中，花卉的藍色品系非常罕見，尤其是那些

10、名貴花卉，如月季、百合、郁金香、香石竹、菊花等均缺乏藍色的品種。人們期望將編碼F35H基因引入缺乏F35H基因的玫瑰、香石竹中，使原合成花葵素苷和花青素苷的代謝方向轉向翠雀素糖苷的合成方向，從而使花變?yōu)樗{色花[17]。Fligene公司將矮牽牛的F35H基因和Dfr基因導入白花的康乃馨中，轉化株積累了大量的花翠素，花色也因而發(fā)生了改變，改變程度與導入的基因的表達強度相關。該公司現(xiàn)已得到兩個商品的品系，分別為MondustTM（花為淡紫色

11、）和MoonshadowTM（深紫色），先后在1996年和1997年投放到市場。最近該公司報道將F35H基因和CYTPb5基因同時導入康乃馨中，花色從原來對照株的紅色轉變?yōu)樯钭仙?。但細胞中含有高含量的花翠素并不意味著花瓣就能呈現(xiàn)理想的藍色Shimada等[9]將來源于龍膽的F35H的cDNATG1導入開粉紅色花的煙草（Nicotanatabacumcv.PetitHavanaSR1，該植物缺少F35H酶），同時還將來源于矮牽牛的F35H

12、酶的cDNAAK14導入矮牽牛（var.Falcon，該植物缺少F35H酶，花呈粉紅色）中，轉化株均積累了花翠素的衍生物，花色從粉紅變?yōu)檠蠹t，在所有的轉化株中均沒有藍色的花?；ù渌氐暮吭谵D基因的矮牽牛中遠高于在轉基因的煙草中。在轉基因的矮牽牛中，花色圖案也發(fā)生了變化，出現(xiàn)新的星型圖案。藍色花的形成除與液泡中的色素有關外，還與助色素、金屬離子、液泡的pH值密切相關，人們正在從影響藍色花形成的諸多因素中找到培育藍色玫瑰等花卉的突破口[17