多國科學家聯合發現草莓果實色澤變異的遺傳機制

Plant Cell | 轉錄因子MYB10自然變異引起草莓果實色澤變異的遺傳機制

撰文 | MX

責編 | 逸雲

果實顏色是果樹育種的重要品質性狀，果實的顏色主要受花青素含量的影響。花色素苷屬於水溶性的黃酮類色素，廣泛存在於絕大多數陸生植物的液泡中，賦予植物五彩繽紛的花色和果實色澤。天然花色素苷在食品工業中被作為重要的食品添加劑，其水溶性好、安全性高且具有果香味。此外花色素苷還具有重要的藥用保健作用，具有清除自由基、防止過氧化和動脈硬化、改善血清脂質等一系列功能，對於心血管疾病和退行性疾病具有重要的預防和治療作用【1,2】。因此植物果實及營養組織中花色素苷的合成及代謝途徑的研究具有重要的意義。

近日，西班牙馬拉加IFAPA研究中心的Iraida Amaya實驗室與德國、美國、芬蘭等多國研究人員合作在The Plant Cell 在線發表了題為Allelic Variation of MYB10 is the Major Force Controlling Natural Variation of Skin and Flesh Color in Strawberry (Fragaria spp.) fruit 的研究論文。該研究發現轉錄因子MYB10的突變會導致二倍體野生草莓 (F. vesca) 和八倍體栽培草莓 (F. × ananassa) 絕大多數花色素苷的變異從而導致果實顏色的變化。The Plant Cell雜誌科學編輯Jennifer A Lockhart撰寫了題為Ripe for the Picking: Finding the Gene Behind Variation in Strawberry Fruit Color的評論文章，對MYB10介導草莓果實顏色變異的機制進行了解讀。

草莓的果實顏色變化較大，從完全白色到深紅色的果實，果實內部花色素苷的濃度和分布具有很大的差異。二倍體野生草莓和八倍體栽培草莓由於具有完全不同的花色素苷積累和分布模式，因此在果實顏色上表現出明顯的自然變異【3】。花色素苷的生物合成受一類R2R3 MYB轉錄因子的調控，其中MYB10是一個控制草莓果實顏色的主要激活子【4】。為了確定草莓果實顏色自然變異的遺傳決定因素，研究人員對草莓遺傳資源進行了廣泛的表型、遺傳和分子生物學的篩選和分析。首先對二倍體野生草莓果實顏色多樣性進行篩選，鑑定了花色素苷合成和果實顏色產生變異的缺失突變體。然後將分析擴展到7種果實顏色存在變異的八倍體栽培草莓品種中，這類果實顏色的變異類型包括白色果肉/紅色果皮、白色果肉/白色果皮或紅色果肉/紅色果皮。

研究發現，MYB10的突變是導致二倍體野生草莓和八倍體栽培草莓絕大部分花色素苷積累和分布變化的主要原因。結合高通量測序與基因定位的方法，本研究中作者鑑定到一種形成白色果實的二倍體野生草莓是由於MYB10轉錄因子中存在一個gypsy轉座子的插入，從而截斷了MYB10蛋白全長的編碼，阻斷了花色素苷的合成因此導致形成白色的果實。

FvMYB10回補F.chiloensis草莓果實白肉表型

通過遺傳學和轉錄組分析的方法，研究人員在八倍體栽培草莓中發現FaMYB10-2在果實發育中調控花青素的合成。MYB10-2的突變是導致八倍體栽培草莓果皮和果肉顏色變異的主要原因。在該研究中鑑定到一個紅色果肉的草莓突變體FaEnSpm-2，研究發現是由於MYB10-2的啟動子區產生一個CACAT-like轉座子的插入，增強了MYB10的表達。因此FaEnSpm-2中順式調控元件促進了MYB10-2在草莓果肉中的表達和花色素苷的合成。

總之，該研究通過遺傳分析和測序的方法研究表明，在二倍體野生草莓和八倍體栽培草莓中，MYB10的自然變異是導致草莓果實顏色變異的主要原因。該研究從栽培草莓中鑑定到的多個等位基因，並提供了利用等位基因開發標記物的思路，為育種家有效的培育具有理想果實顏色的新型改良品種提供了很大幫助。

參考文獻：

[1] He, J. and Giusti, M.M. (2010). Anthocyanins: Natural Colorants with Health-Promoting Properties. Annu. Rev. Food Sci. Technol. 1: 163–187.

[2] Forbes-Hernandez, T.Y., Gasparrini, M., Afrin, S., Bompadre, S., Mezzetti, B., Quiles, J.L., Giampieri, F., and Battino, M. (2016). The Healthy Effects of Strawberry Polyphenols: Which Strategy behind Antioxidant Capacity? Crit Rev Food Sci Nutr 56 Suppl 1: S46–59.

[3] Hancock, J.F. (1999). Strawberries (CAB International).

[4] Hancock, J.F., Callow, P.W., Dale, A., Luby, J.J., Finn, C.E., Hokanson, S.C., and Hummer, K.E. (2001). From the Andes to the Rockies: Native Strawberry Collection and Utilization. HortScience 36: 221–225.

文章連結：

http://www.plantcell.org/content/early/2020/09/30/tpc.20.00474

評論文章：

DOI: 10.1105/tpc.20.00847