植物花青素苷生物合成及调控的研究进展.pdf

中国生物工程杂志 ChinaBiotechnology,2012,32(8):9499
植物花青素苷生物合成及调控的研究进展
高燕会黄春红朱玉球童再康
(浙江农林大学林业与生物技术学院临安 311300)
摘要花青素苷(anthocyanin)是植物新陈代谢过程中产生的类黄***物质,决定被子植物花、果实、
种皮、茎、叶和根等的颜色,具有重要的营养价值和药理作用。近年来关于花青素生物合成途径
的研究已取得突破,综述了植物花青素苷基因研究现状和发展趋势,包括植物花青素生物合成途
径、参与生物合成途径中相关的结构基因和调控基因及功能研究以及影响花青素苷生物合成的
环境因素等的研究进展。
关键词花青素苷生物合成途径结构基因调控基因
中图分类号 Q819
花青素苷(anthocyanin)是植物新陈代谢过程中产决定花青素苷合成的内因是结构基因和调控基因,调
生的类黄***物质,是类黄***途径的一个分支途径,是决控基因编码的转录因子可以决定结构基因表达与否及
定被子植物花、果实、种皮、茎、叶和根等颜色的重要色其强弱,而结构基因可以决定花青素苷合成的种
素之一。它是一种水溶性天然色素,广泛存在于植物类[1112]。本文对近年来植物花青素苷合成及调控的研
表皮细胞的液泡中、呈现橙色、红色至蓝色[12]。花青究进展作一综述,为进一步研究花青素苷的生物合成、
素根据其基本结构分类很多,其中以矢车菊色素代谢调控以及植物花色的遗传改良提供参考与借鉴。
(cyanidin)、天竺葵色素(pelargonidin)以及花翠素
1 植物花青素苷生物合成途径
(delphinidin)这 3种最为普通。花青素作为一种天然
的食用色素安全、无毒、资源丰富,而且具有重要的营花青素苷的生物合成途径是被最为广泛而又深入
养和药理作用,如强抗氧化,即强清除自由基能力,提研究的植物次生代谢途径,特别在主要模式植物中已
高植物的抗旱抗寒能力,能预防心血管疾病、抗肿瘤、经很清楚,如拟南芥、玉米和矮牵牛。花色苷生物合成
抗突变和辐射、调节血小板活性、防血小板凝结、免疫从莽草酸代谢途径合成苯丙氨酸和脂肪酸合成代谢合
[1316]
调节活性等[35]。随着分子生物学技术的不断完善,尤成丙二酰 CoA开始经苯丙烷类途径合成(图 1)。
[17]
其是有关克隆、诱变和突变体等研究技术的广泛应用, 花青素的生物合成代谢途径经历 5个阶段,第
人们已对植物花青素的合成途径、与之相关的结构基一阶段是许多次生代谢共有的,由苯丙氨酸到 4香豆
因和调控基因的分离及基因时空表达的特异性、环境酰 CoA,受苯丙氨酸裂解酶(PAL)基因活性调控。第二
因子对花色形成途径的调控作用已有所研究,目前已阶段是类黄***代谢的关键反应,由 4香豆酰 CoA和丙
从玉米、拟南芥、矮牵牛、葡萄、金鱼草、苹果、紫苏等植二酰 CoA到二氢黄***醇,所产生的黄烷***和二氢黄***
物中分离克隆了大量与花青素生物合成代谢相关的结醇在不同酶作用下,可转化为花青素和其他类黄***物
构基因与调控基因[610]。花青素苷的合成与积累过程质。第三阶段是各种花青素的合成,至少有 3个酶:二
往往与植物发育过程密切相关,由内外因子共同控制, 氢黄***醇还原酶(DF