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      藍色花的基因及其育種技術探析

      來源:原創論文網 添加時間:2020-02-22

        摘    要: 基因是生命的基本構造和性能,也是影響生物特性的重要因素。科學家應用基因工程將一種生物的基因嫁接代另一種生物的細胞里,可以實現對生物遺傳性狀的改造。部分花基因中缺乏藍色基因,而藍色花又具有獨特的欣賞價值。將含有控制合成藍色色素的B基因的花朵中的B基因通過分離、合成,再逆轉錄之后接入受體花朵細胞,使該基因在受體細胞中穩定下來,并遺傳給子代,就可以得到美麗的藍色花朵。本文就來分析藍色花形成的基因工程進展和有效的育種策略。旨在為藍色花培育提供一些參考建議。

        關鍵詞: 藍色花; 基因工程; B基因; 藍色色素;

        顏色是花卉美麗的要素之一,靚麗的色彩塑造了五彩斑斕的花卉色系,使得不同的花卉富有別樣的風情。在自然界中,藍色花卉較為罕見,特別是一些廣受市場歡迎的花卉,如玫瑰、月季等,缺乏藍色花系。應市場的需求,科學家們一直在致力于研究藍色花的基因組成,試圖通過改變花色素來實現藍色花育種,培育出市場喜愛的藍色系。基因工程是一種常見的基因重組技術,該技術在改變生物特性、培育新品種方面有著較好的應用效果。應用基因工程研究藍色花的形成,培育新藍色花品種,是滿足市場需求的必然選擇。這對于豐富花卉產品品種有著重要的意義。

        一、藍色花的形成基礎

        (一)藍色花色素

        藍色花色素的化學結構是花青素,花青素一般被酰基化、唐感化、甲基化進行修飾,形成“三明治”型的分子內堆疊。這也是藍色花青素在花朵內才更加的穩定的原因。其中酰基化修飾的位置是藍色花形成的重要條件。一般在花青素3’-和/或7-位上發生芳香酸酰基化比3-和/或5-位上的芳香酸酰基化對于藍色的形成更為重要。自然界中藍色花含有飛燕草素糖苷及其酰基化衍生物,或酰基化的矢車菊素糖苷,或矮牽牛素糖苷。常見的可呈現藍色花瓣的植物油飛燕草、鴨拓草、錢奴化、蝶豆花、牽牛花等。

        (二)呈現藍色的環境

        科學表明,雖然藍色花中都含有藍色花青素,但含有藍色花青素的植物并不一定呈現藍色,它還對細胞液環境、成分組成等有著特殊的要求。一般的藍色花的p H值、5-O-乙酰奎寧酸與花青素苷的摩爾比率,以及Al[3]+的摩爾當量都顯著高于紅色細胞。此外,不同花期藍色花的液泡p H值不同。如牽牛花在花蕾期花青素呈現為紫紅色,p H值為6.6,而全開后顏色呈現為藍色,p H值則為7.7。這說明呈現藍色的液泡環境在不同的花期是存在差異性的。

        二、藍色花基因

        (一)酶基因

        酶基因是藍色花色素基因轉座的必然條件,藍色花形成需要細胞色素P450氧化酶家族CYP75A或CYP75B亞家族的類黃酮3’,5’-羥化酶(F3’5’H)催化二氫山奈酚B環上的3’-和5’-位的羥基化生成二氫楊梅素,通過酶基因可以使受體細胞體內逐漸的積累藍色花色素基因,抑制受體花本色的基因表達,因而是花色改變為藍色或紫色。這也是藍色花培育的常見方法之一。此外,花青素糖苷化、酰基化修飾也可以維持花青素的穩定,使轉移在受體花細胞內的花青素結構逐漸的穩定下來。常見的糖苷化花青素轉座酶包括依賴UDP-糖的糖苷化酶家族1、依賴酰基-葡萄糖的花青素糖苷化酶,酰基化花青素轉座酶包括酰基-Co A、類絲氨酸羧肽酶(SCPL)-酰基轉移酶。
       

      藍色花的基因及其育種技術探析
       

        (二)細胞p H值調控基因

        根據研究,含有花青素的矮牽牛花中已堅定出7個調控p H的基因位點,p H1—p H7。p H5編碼一種定位于液泡膜的H+P3A-ATPase質子泵,它發生突變時,p H上升,花瓣花色發生變化,從紫紅色轉變為藍紫色。其物理特性是通過轉運蛋白H+轉運活性,改變液泡環境,增加酸化反應。花朵在花期將K+/Na+轉運至液泡,改變液泡環境,花朵最終表達為藍色。

        (三)金屬離子轉運蛋白基因

        郁金香、矢車菊中含有了一種編碼液泡鐵離子轉運蛋白的基因Tg Vit1,它的存在能夠促進液泡中鐵離子的積累,逐漸的是花朵表達藍色色素。此外,繡球花中含有編碼液泡膜和質膜定位的Al離子轉運蛋白的基因VALT和編碼質膜Al離子轉運蛋白1的基因PALT1,它們參與了藍色繡球表現為藍色的過程。

        三、藍色花基因工程育種策略

        (一)引入外源基因

        外源基因的引入是一種常見的藍色花培育方法。該方法需要從想要修飾的供體植物中選擇一個基因提取并導入受體細胞,使該基因通過轉運在受體細胞內大量繁殖,成為一個標記基因,同時為受體增加一個新的特性,使受體花表達為藍色色素。如薔薇缺乏合成藍色色素轉座酶F3’5’H的基因,為其尋找外源基因導入薔薇細胞,然后再將改基因導入需要改色的植物中,即可得到藍色的植物。矮牽牛便可通過該方法得到藍色的矮牽牛,再應用該方法,將矮牽牛的基因轉入玫瑰,即可培育出藍色的玫瑰。

        (二)應用反抑RNA和共抑制技術

        反義RNA和共抑制技術也是花色修飾的常用技術。應用該項技術需要先了解植物花色的生化物質,分析影響生物物質代謝、催化反應的酶,再將酶基因方向插入受體,就可以將外源DNA轉錄到內源細胞,使二者結合,抑制受體植物中生化物質的產生,從而使基因突變為藍色基因。共抑技術與反抑法相反,是通過復制內源基因抑制內源基因轉錄酶物mRNA,從而抑制內源基因的表達。該技術在菊花、矮牽牛、藍豬耳花的花色修飾方面具有一定的作用。

        (三)導入調節基因

        一些植物花色中具有調節基因,這些基因可調節花的顏色。p H基因就是常見的調節基因。在新培育的植物中導入可以調節花色素的基因,可通過減弱或增強的方法復制藍色色素基因的形成與表達。例如在藍色月季中導入花翠素和復制色素黃酮醇,可使細胞液體匯總的p H升高,使月季花色表達為藍色色素。

        四、結語

        綜上所述,基因工程雖然可以培育出藍色花,但在實踐中想要不具備藍色素的花卉表達出藍色色素,基因構建難度較大,對于技術要求較高。在實際的應用中,要根據受體植物對于色素積累和表現的需求選擇藍色花的培育方法,使藍色色素在受體體內不斷的積累并穩定,在受體細胞內與其他色素共存,才能提高基因轉化的成功,成功培育出符合市場需求的美麗的藍色花。

        參考文獻

        [1] 孟麗.藍色花形成關鍵基因的分離及其表達分析[D].北京林業大學,2016.
        [2] 李崇暉,尹俊梅.藍色花形成的基因工程進展與育種策略[J].生物技術通報,2016(03):1-9.
        [3] 歐陽汝欣.藍色花的基因工程育種研究進展[J].黑龍江農業科學,2010(01):8-10.

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