马铃薯StMADS5基因在花色素苷生物合成正向调控中的应用

本发明属于生物，尤其涉及马铃薯stmads5基因在花色素苷生物合成正向调控中的应用。

背景技术：

1、目前，研究表明花色素苷的合成代谢主要受到myb、bhlh和wd40三大类转录因子的调控，而myb为最关键的转录因子。早期研究发现马铃薯块茎薯皮中的花色素苷积累主要受到三个基因位点：d、p和r的控制。salaman首次发现了四倍体马铃薯r基因，编码二氢黄酮醇还原酶(dfr)，是马铃薯植株产生红色色素所必需的，dfr不仅会增加马铃薯块茎中红色色素-天竺葵色素合成，也能促进紫色色素-矮牵牛色素的合成；p基因编码类黄酮3′5′羟化酶(f3′5′h)则控制紫色色素的产生；jung等研究发现，d为myb转录因子，编码r2r3myb–stan1基因，在红皮和紫皮马铃薯中高表达，调控马铃薯薯皮花色素苷合成。进一步研究发现stan1转录因子对马铃薯块茎和叶片花色素苷合成均有促进作用，stan1基因的编码序列和预测的启动子在不同马铃薯基因型中存在广泛的核苷酸序列变异。stan1在马铃薯红肉和紫肉品种中存在三种等位基因(基因家族)：stan1-r0，stan1-r1和stan1-r3，其中stan1-r1调控花色素苷的能力最强，除stan1之外，myb转录因子stmyba1、stmyb113也可以促进花色素苷的积累，同时在彩色块茎中含有3个功能stbhlh1转录因子，与stan1具有不同的共调控能力。payyavula等进一步研究发现stan1基因受蔗糖诱导，不仅调控马铃薯薯皮花色素苷合成，而且调控苯丙氨酸代谢途径。高温会诱导stmyb44转录因子的表达，以不依赖于bhlh的方式下调花色素苷结构基因以及转录激活子的表达，从而抑制花色素苷生物合成分支，导致苯丙烷代谢途径转入绿原酸或木质素生物合成分支中。同时申请人先前(专利202210474353.x、专利202410166124.0)通过烟草瞬时表达和稳定遗传转化实验也发现了stmyb3、stmybatv、strnf4-like等基因的花色素苷生物合成功能。

2、但因为花色素苷除了能赋予植物丰富的色泽外，还具有很好的保健作用，所以更多马铃薯块茎花色素苷调控机制的探究发现，对于农业生产实践和保健产品开发等仍意义重大。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了另一种基因，即马铃薯stmads5基因在花色素苷生物合成正向调控中的应用。本发明通过烟草瞬时表达分析实验发现，stmads5能够促进花色素苷生物合成，是调控花色素生物合成的正向调控因子；进一步通过双荧光素酶实验发现，stmads5与stbhlh1或stan1相互作用；然后通过酵母双杂实验发现，pgbkt7-stmads5可与pgadt7-stbhlh1互作；最后通过对过表达、rnai和野生型烟草植株表型性状进行分析，再次验证了stmads5为花色素苷生物合成的正向调控因子。本发明在作物花色素苷生物合成育种以及后续含花色素苷保健产品的制备方面具有十分广泛的应用前景。

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、本发明的目的之一是提供了马铃薯stmads5基因在花色素苷生物合成正向调控中的应用，所述马铃薯stmads5基因的核苷酸序列如seq id no.1所示，氨基酸序列如seq idno.2所示。

4、本发明的目的之二是提供了一种用于扩增所述马铃薯stmads5基因的引物组合，所述引物组合的核苷酸序列如seq id no.3～seq id no.4所示。

5、本发明的目的之三是提供了一种含有以上所述引物组合的试剂盒。

6、本发明的目的之四是提供了一种含有所述马铃薯stmads5基因的重组表达载体。

7、本发明的目的之五是提供了一种含有所述马铃薯stmads5基因或含有所述重组表达载体的宿主菌。

8、本发明的目的之六是提供了一种所述引物组合、所述试剂盒、所述重组表达载体或所述宿主菌在作物花色素苷生物合成育种中的应用。

9、进一步的，所述作物为需要改善着色深浅的作物中的任意一种。

10、进一步的，所述作物为可生产含花色素苷产品作物中的任意一种。

11、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

12、(1)本发明通过烟草瞬时表达分析实验发现，单独注射stmads5以及混合注射stan1+stmads5的叶片均有花色素苷的积累，测定其花色素苷含量发现混合注射stan1+stmads5花色素苷含量最高，单独注射stmads5花色素苷含量ev更高，说明stmads5可能是调控花色素生物合成正向转录因子。

13、(2)本发明通过双荧光素酶实验发现，stan1+stbhlh1+stmads5与stan1+stbhlh1相比有显著差异，说明stmads5可能与stbhlh1或stan1相互作用，从而显著增强它们对stdfr-pro激活作用，结果进一步证实了stmads5为花色素苷生物合成的正向调控因子。

14、(3)本发明通过酵母双杂实验发现，pgbkt7-stmads5可以与pgadt7-stbhlh1互作。

15、(4)本发明对过表达、rnai和野生型烟草植株的表型性状进行分析发现，过表达植株花瓣颜色明显深于对照，且花色素苷含量显著高于wt；rnai植株花瓣颜色明显浅于野生型，且花色素苷含量显著低于wt。结果进一步说明了，过表达stmads5促进了烟草花瓣中花色素苷的积累，stmads5为花色素苷生物合成的正向调控因子。

16、总之，本发明首次发现了另一种基因——马铃薯stmads5基因在花色素苷生物合成正向调控中的应用，这对于丰富花色素苷生物合成调控思路，以及在作物花色素苷生物合成育种及后续含花色素苷保健产品的制备中意义都十分巨大。

技术特征：

1.马铃薯stmads5基因在花色素苷生物合成正向调控中的应用，其特征在于，所述马铃薯stmads5基因的核苷酸序列如seq id no.1所示，氨基酸序列如seq id no.2所示。

2.一种用于扩增权利要求1中所述马铃薯stmads5基因的引物组合，其特征在于，其核苷酸序列如seq id no.3～seq id no.4所示。

3.含有权利要求2所述引物组合的试剂盒。

4.含有权利要求1中所述马铃薯stmads5基因的重组表达载体。

5.含有权利要求1中所述马铃薯stmads5基因或含有权利要求4所述的重组表达载体的宿主菌。

6.权利要求2所述的引物组合、权利要求3所述的试剂盒、权利要求4所述的重组表达载体或权利要求5所述的宿主菌在作物花色素苷生物合成育种中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述作物为需要改善着色深浅作物中的任意一种。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述作物为可生产含花色素苷产品作物中的任意一种。

技术总结
本发明公开了马铃薯StMADS5基因在花色素苷生物合成正向调控中的应用，属于生物技术领域。本发明通过烟草瞬时表达分析实验发现，StMADS5能够促进花色素苷生物合成，是调控花色素生物合成的正向调控因子；进一步通过双荧光素酶实验发现，StMADS5与StbHLH1或StAN1相互作用；然后通过酵母双杂实验发现，pGBKT7‑StMADS5可与pGADT7‑StbHLH1互作；最后通过对过表达、RNAi和野生型烟草植株表型性状进行分析，再次验证了StMADS5为花色素苷生物合成的正向调控因子。本发明在作物花色素苷生物合成育种以及后续含花色素苷保健产品的制备方面具有十分广泛的应用前景。

技术研发人员：刘玉汇,刘震,李元铭,姚攀锋,毕真真,孙超,朱金勇,李志涛
受保护的技术使用者：甘肃农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5