《植物生理学报》 2009, 45(5): 509-519

原花青素的生物合成途径、功能基因和代谢工程

赵文军, 张迪, 马丽娟, 柴友荣*

西南大学农学与生物科技学院, 重庆400716

通信作者：柴友荣；E-mail: chaiyourong1@163.com；Tel: 023-68250744

摘　要：

原花青素(PA)广泛分布于高等植物中, 与农作物的多种品质性状密切相关。虽长期受到关注, 但其生物合成途径和 主要功能基因的解析则是近年来随着拟南芥等植物突变体研究的深入才取得突破的。PA经公共苯丙烷-核心类黄酮-原花 青素复合途径而合成, 先后涉及 12 个关键酶(PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、F3H、F3’H、DFR、LDOX/ANS、LAR、ANR、 LAC)的催化反应和 3 种转运蛋白(GST、MATE、ATPase)的胞内转运, 并有 6 种转录因子(WIP-ZF、MYB、bHLH、WD40、 WRKY、MADS)参与调控 PA 的合成与积累。这些基因在拷贝数、表达特征、蛋白亚细胞定位、蛋白互作、突变体表型 等方面具有显著特点。PA 的代谢工程在牧草品质改良、农产品脱涩、油菜黄籽材料创新、葡萄和葡萄酒品质改良、茶多 酚分子育种、作物抗病虫性提高、新型作物拓展等方向具有重要的应用前景, 目前仅在少数方向有所启动, 更待广泛关注 和深入研究。

关键词：生物合成途径; 功能基因; 代谢工程; 原花青素

收稿：2009-02-04   修定：2009-03-05

资助：国家“863” 计划(2006AA10Z110)和国家自然科学基金(30771237)。

Biosynthetic Pathway, Functional Genes and Metabolic Engineering of Proanthocyanidins

ZHAO Wen-Jun, ZHANG Di, MA Li-Juan, CHAI You-Rong*

College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400716, China

Corresponding author: CHAI You-Rong; E-mail: chaiyourong1@163.com; Tel: 023-68250744

Abstract:

原花青素(PA)广泛分布于高等植物中, 与农作物的多种品质性状密切相关。虽长期受到关注, 但其生物合成途径和 主要功能基因的解析则是近年来随着拟南芥等植物突变体研究的深入才取得突破的。PA经公共苯丙烷-核心类黄酮-原花 青素复合途径而合成, 先后涉及 12 个关键酶(PAL、C4H、4CL、CHS、CHI、F3H、F3’H、DFR、LDOX/ANS、LAR、ANR、 LAC)的催化反应和 3 种转运蛋白(GST、MATE、ATPase)的胞内转运, 并有 6 种转录因子(WIP-ZF、MYB、bHLH、WD40、 WRKY、MADS)参与调控 PA 的合成与积累。这些基因在拷贝数、表达特征、蛋白亚细胞定位、蛋白互作、突变体表型 等方面具有显著特点。PA 的代谢工程在牧草品质改良、农产品脱涩、油菜黄籽材料创新、葡萄和葡萄酒品质改良、茶多 酚分子育种、作物抗病虫性提高、新型作物拓展等方向具有重要的应用前景, 目前仅在少数方向有所启动, 更待广泛关注 和深入研究。

Key words: 生物合成途径; 功能基因; 代谢工程; 原花青素