本项创新技术属于植物基因工程领域,专注于开发一种培育富含花青素的彩色大麦的方法。该技术通过使用特定的基因表达盒和多基因共表达策略,显著提升了大麦种子胚乳中的花青素含量。
背景技术
花青素是一种类黄酮类化合物,具有该类化合物特有的C6-C3-C6碳骨架结构,主要以糖苷的形式存在于植物液泡中。花青素在中性和高pH条件下,稳定性会受到极大影响。植物为增强花青素稳定性采用不同基团修饰、调整液泡pH和共同色素沉淀的方法,同时调节颜色。其中,飞燕草素(delphinidin)及其甲基化衍生物——牵牛花色素(petunidin)和锦葵色素(malvidin)是深蓝色和紫色的来源,矢车菊色素(cyanidin)和天竺葵色素(pelargonidin)是鲜红色的主要来源。
花青素主要由结构基因和调控基因共同作用控制合成,其中结构基因为合成代谢中的酶类,而调控基因为合成代谢中的转录因子。在模式植物中的研究表明,植物体内的代谢结构基因及转录因子对整个类黄酮代谢起决定作用,其中由MYB、bHLH和WD40组成的三元复合体MBW被认为发挥着主要调控作用。MYB转录因子通常含有1~4个MYB重复序列,根据重复序列多少可将其分为R1-MYB、R2R3-MYB和R3-MYB等家族。在花青素调控中,R2R3-MYB转录因子占主导作用。bHLH蛋白属于锌指蛋白,主要由两个两性的α螺旋组成,二者由一个长度可变的环连接。bHLH家族中IIIf亚组成员通过与MYB蛋白结合,调控类黄酮生物合成。WD40蛋白家族成员均由色氨酸-天冬氨酸(Trp-Asp,WD)结尾,其核心区域有40个氨基酸残基,因此命名为WD40。WD40家族成员常与MYB和bHLH家族成员结合,发挥作用。基于花青素的重要生理功能,提高植物的花青素含量具有重要意义。然而,目前尚未见在大麦中提高花青素含量的报道。
实现思路