油菜花花色改良的研究进展
观赏植物花色基因工程研究进展
观赏植物花色基因工程研究进展一、本文概述观赏植物以其丰富的花色、形态和香气等特性，一直是园艺学、植物学和生物学等领域的研究热点。
花色作为观赏植物最直观、最引人注目的特征之一，其形成和调控机制的研究不仅有助于理解植物生长发育的生物学过程，也对观赏植物的育种改良和新品种创制具有重要意义。
近年来，随着基因工程技术的快速发展，花色基因工程已成为观赏植物研究的前沿领域。
本文将对观赏植物花色基因工程的研究进展进行综述，旨在梳理该领域的研究成果，探讨存在的问题和未来的发展趋势，为观赏植物花色基因工程的深入研究提供参考和借鉴。
在本文中，我们将首先介绍观赏植物花色的形成和调控机制，包括花色形成的生物化学途径、相关基因的功能及其调控网络等。
随后，我们将综述花色基因工程在观赏植物中的应用，包括花色基因的克隆与功能鉴定、花色基因的遗传转化与表达调控、花色基因编辑与新品种创制等方面。
我们还将对花色基因工程研究中存在的问题和挑战进行讨论，如基因表达的不稳定性、转基因植物的安全性问题等。
我们将展望花色基因工程的未来发展趋势，探讨新技术和新方法在观赏植物花色改良中的应用前景。
二、花色形成的分子机制花色是观赏植物最引人瞩目的特征之一，其形成过程受到多种基因的调控，这些基因在分子层面上相互作用，共同决定了花瓣的最终色彩。
花色形成的分子机制是一个复杂的生物过程，涉及到一系列基因的表达和调控。
花色形成的基础是花青素等色素的合成与积累。
这些色素的生物合成路径受到多个结构基因和调控基因的共同影响。
结构基因负责编码合成花青素的关键酶，如查尔酮合成酶、查尔酮异构酶等。
而调控基因则通过调节结构基因的表达来影响花青素的合成量，进而调控花色。
在分子层面上，花色形成的调控机制主要包括转录水平调控和转录后水平调控。
转录水平调控主要涉及到转录因子与靶基因启动子区域的结合，从而调控靶基因的表达。
例如，MYB、bHLH和WD40等转录因子家族成员在花色形成中扮演着重要的角色。
油菜种皮色素的研究进展
菜 籽颜 色 由种 皮 中 色素 物 质 的 组成 决 定 ， 同 时
荣等 对油 菜种皮 中主要 成 分 含 量 进行 测 定 ， 发 现
色素物质也作为信号分子和植物抗菌素参与逆境胁 迫、 种 子休 眠等 生理 过 程 … 。研 究 种 皮 中主 要 色 素
物 质对 种皮 颜 色的影 响和 测量 方法有 助 于 了解 种皮 颜 色 的形成 机理 ， 在 理 论研 究 与 育 种 实 践 上具 有 重
５ ． ２－ ｔ － ０ ． １ ％， 食 用纤维含 量为 ６ ６ ． ３±０ ． ８ ％ 。刘 运
原花青素（ Ｐ Ｃ ｓ ， 表儿茶素低聚物） 、 （ 一） 一 表儿茶素 等， 其 黄酮 醇主要 为 山奈 酚 、 槲皮 素 和异 鼠李素 的衍 生物 ’ （ 表１ ） 。不 溶 性 的原 花 色 素 （ Ｐ Ａ ｓ ， 也 称 作 缩合丹宁 ） 在成熟种子 的种皮 中大量积 累 ， 是一类
２ ０ １ ３年 第 ２ ７卷 第 ２期
作 物 研 究
油菜种皮色素的研 究进展
唐志东， 鲁军 雄 ， 袁 玉辉
（ 湖南农 业大学／ 国家油料 改 良中心 湖南 分中心 ， 长沙 ４ １ ０ １ ２ ８ ） 摘 要 ： 不同颜色油菜种皮含有不同类型 的色素 ， 研究种皮颜色与其色素之间的关系能够为黄籽油菜的育种提供
理论依据 。介绍油菜种皮 中色素种类 、 主要色素 的含量及测定方法 ， 为黄籽油菜的育种提供参考。 关键词 ：油菜 ； 种皮 ； 色素 ； 黄籽
中 图分 类 号 ： ￥ ５ ６ ５ ． ４ ０ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １２ ３ 文章 编 号 ： １ ０ ０ １ － ５ ２ ８ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ １ ９ ７ － ０ ６
分子标记辅助选择在油菜育种中的应用现状与展望
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 １４０３． ［７７］ＬｉＢ，ＤｏｎｇＸ，ＺｈａｏＲ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｔ－ＳＮＡＲＥｐｒｏｔｅｉｎＦｇＰｅｐ１２，ａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈＦｇＶａｍ７，ｉｓｅｓｓｅｎｔｉａｌｆｏｒａｓｃｏｓｐｏｒｅｄｉｓｃｈａｒｇｅａｎｄｐｌａｎｔｉｎｆｅｃｔｉｏｎｂｙｔｒａｆｆｉｃｋｉｎｇＣａ２＋ＡＴＰａｓｅＦｇＮｅｏ１ｂｅｔｗｅｅｎＧｏｌｇｉａｎｄｅｎｄｏｓｏｍｅ／ｖａｃｕｏｌｅｉｎＦｕｓａｒｉｕｍｇｒａｍｉｎｅａｒｕｍ［Ｊ］．ＰＬｏＳＰａｔｈｏｇｅｎｓ，２０１９，１５（５）：ｅ１００７７５４．［７８］ＺｈａｎｇＨＦ，ＬｉＢ，ＦａｎｇＱ，ｅｔａｌ．ＳＮＡＲＥｐｒｏｔｅｉｎＦｇＶａｍ７ｃｏｎｔｒｏｌｓｇｒｏｗｔｈ，ａｓｅｘｕａｌａｎｄｓｅｘｕａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｐｌａｎｔｉｎｆｅｃｔｉｏｎｉｎＦｕｓａｒｉｕｍｇｒａｍｉｎｅａｒｕｍ［Ｊ］．ＭｏｌｅｃｕｌａｒＰｌａｎｔＰａｔｈｏｌｏｇｙ，２０１６，１７（１）：１０８－１１９．［７９］ＺｈｅｎｇＷＨ，ＬｉｎＹＨ，ＦａｎｇＷＱ，ｅｔａｌ．ＯｌｓｓｏｎＳｔｈｅｅｎｄｏｓｏｍａｌｒｅｃｙｃｌｉｎｇｏｆＦｇＳｎｃ１ｂｙＦｇＳｎｘ４１－ＦｇＳｎｘ４ｈｅｔｅｒｏｄｉｍｅｒｉｓｅｓｓｅｎｔｉａｌｆｏｒｐｏｌａｒｉｚｅｄｇｒｏｗｔｈａｎｄｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙｉｎＦｕｓａｒｉｕｍｇｒａｍｉｎｅａｒｕｍ［Ｊ］．ＮｅｗＰｈｙｔｏｌｏｇｉｓｔ，２０１８，２１９（２）：６５４－６７１．［８０］ＬｉＢ，ＧａｏＹ，ＭａｏＨＹ，ｅｔａｌ．ＴｈｅＳＮＡＲＥｐｒｏｔｅｉｎＦｏｌＶａｍ７ｍｅｄｉａｔｅｓｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｔｒａｆｆｉｃｋｉｎｇｔｏｒｅｇｕｌａｔｅｃｏｎｉｄｉｏｇｅｎｅｓｉｓａｎｄｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙｉｎＦｕｓａｒｉｕｍｏｘｙｓｐｏｒｕｍｆ．ｓｐ．ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｉ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２０１９，２１（８）：２６９６－２７０６．［８１］ＬｉＳＺ，ＺｈａｎｇＳＰ，ＬｉＢ，ｅｔａｌ．ＴｈｅＳＮＡＲＥｐｒｏｔｅｉｎＣｆＶａｍ７ｉｓｒｅｑｕｉｒｅｄｆｏｒｇｒｏｗｔｈ，ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅ，ａｎｄｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｉｔｙｏｆＣｏｌｌｅｔｏｔｒｉｃｈｕｍｆｒｕｃｔｉｃｏｌａ［Ｊ］．ＦｒｏｎｔｉｅｒｓｉｎＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２０２１，１２：７３６０６６．［８２］赵志坚．大豆疫霉分泌途径中致病性相关ＳＮＡＲＥ基因的功能分析［Ｄ］．南京：南京农业大学，２０１３：６５－１７７．［８３］ＺｈａｏＷ，ＤｏｎｇＳ，ＹｅＷ，ｅｔａｌ．Ｇｅｎｏｍｅ－ｗｉｄｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＰｈｙｔｏｐｈｔｈｏｒａｓｏｊａｅＳＮＡＲＥｇｅｎｅｓａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｓｅｒｖｅｄＳＮＡＲＥＰｓＹＫＴ６［Ｊ］．ＦｕｎｇａｌＧｅｎｅｔｉｃｓａｎｄＢｉｏｌｏｇｙ，２０１１，４８（３）：２４１－２５１．［８４］ＲｉｑｕｅｌｍｅＭ，Ｓáｎｃｈｅｚ－ＬｅóｎＥ．ＴｈｅＳｐｉｔｚｅｎｋ ｒｐｅｒ：ａｃｈｏｒｅｏｇｒａｐｈｅｒｏｆｆｕｎｇａｌｇｒｏｗｔｈａｎｄｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｓｉｓ［Ｊ］．ＣｕｒｒｅｎｔＯｐｉｎｉｏｎｉｎＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，２０１４，２０：２７－３３．［８５］ＧａｌáｎＪＥ，ＣｏｌｌｍｅｒＡ．ＴｙｐｅⅢｓｅｃｒｅｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｓ：ｂａｃｔｅｒｉａｌｄｅｖｉｃｅｓｆｏｒｐｒｏｔｅｉｎｄｅｌｉｖｅｒｙｉｎｔｏｈｏｓｔｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９９，２８４（５４１８）：１３２２－１３２８．何鸟飞，赵绪涛，李开祥，等．分子标记辅助选择在油菜育种中的应用现状与展望［Ｊ］．江苏农业科学，２０２４，５２（１）：１０－１６．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２４．０１．００２分子标记辅助选择在油菜育种中的应用现状与展望何鸟飞，赵绪涛，李开祥，杜德志（青海大学农林科学院／青藏高原种质资源研究与利用实验室／青海省春油菜遗传改良重点实验室／国家油料改良中心青海分中心／农业农村部春油菜科学观测实验站／青海省春油菜研究开发中心，青海西宁８１００１６） 摘要：油菜是我国主要的油料作物之一，除用来满足人们日常所需的食用油外，油菜还可以作饲料、绿肥、生物柴油等多功能用途。
转基因油菜研究进展
转基因油菜研究进展摘要油菜的遗传转化研究已日趋成熟，用于转化的目的基因趋于多样化，如品质改良、抗病、抗逆、不育基因等;较常用的筛选标记基因是新霉素磷酸转移酶基因(NPT Ⅱ);目前用于油菜基因转化的方法有根癌农杆菌介导法、基因枪法、PEG法、激光微束穿刺法、显微注射法和花粉介导法等。
主要从油菜筛选标记及转化方法方面进行综述，并对油菜转基因上存在的问题及前景进行了探讨和展望。
关键词油菜;转化基因;筛选标记;转化方法AbstractHeredity transform research of rape is more and more matcher.Transgenics are tending to persify，as follows:quality reformation，resistant to disease，pests and adverse etc.Selection marker used is NPTⅡ.At present，there are several methods of transformation in rape，including tumefaciens-medidated genetic etc，particle gun，PEG untake，vialaser microbeam puncture and microinjection.The foundation of rape selection marker and transformation methods were mainly summarizes in the paper. The present status of rapeseed genetic transformation were reviewed and the problems and envision for further study were discussed.Key wordsBrassica napus;transgene selection marker;transformation method油菜是世界四大油料作物之一，属十字花科(cruciferae)芸墓属(Brassica)，主要包括甘蓝型油菜(B.napus)、芥菜型油菜(B.Juncea)和白菜型油菜(B.rapa)3个栽培种。
油菜高产五改技术
改播期的实施方法
01
02
03
04
根据当地的气候条件和油菜品 种的特性，确定适宜的播种时
间。
适时早播，充分利用春季的光 热资源，延长油菜的生长期，
提高产量。
播种前进行种子处理，如晒种 、药剂拌种等，提高种子的发
芽率和生长势。
播种时采用机械化播种或人工 播种，确保播种均匀、深度一
致。
改施肥的实施方法
根据油菜的生长特性和需肥规律，制 定合理的施肥方案。
适时追肥，根据油菜的生长情况，合 理追施氮、磷、钾等营养元素。
施足基肥，以有机肥为主，配合适量 的化肥，提高土壤的肥力水平。
增施硼肥和锌肥，补充微量元素，促 进油菜的正常生长和发育。
改灌溉的实施方法
根据油菜的生长需求和土壤水分状况，制定合理的灌溉 计划。
油菜高产五改技术
汇报人： 2024-01-10
目录
• 油菜种植现状与问题 • 五改技术概述 • 五改技术实施方法 • 五改技术应用效果 • 五改技术推广建议
01
油菜种植现状与问题
油菜种植面积与产量
种植面积
近年来，油菜的种植面积不断扩 大，成为我国重要的油料作物之 一。
产量
尽管油菜种植面积增加，但产量 受到多种因素的影响，如气候变 化、病虫害等，导致产量不稳定 。
的抗逆性和适应性。
合理轮作换茬，避免连作导致 土壤养分失衡和病虫害加重。
采用绿色防控技术，综合防治 油菜的病虫害，确保油菜的正 常生长和产量。
04
五改技术应用效果
提高油菜产量
改直播为育苗移栽
通过育苗移栽，能够提高油菜的种植密 度，增加单位面积内的株数，从而提高
油菜产量。
改常规施肥为配方施肥
江西培育出13种颜色油菜花
研究发现 ，表达的猪源三型干扰素对猪流行 性腹泻病毒 具有较强的抗病毒作用 ，无 论对经典 毒株还 是流行毒株均可激发更 高水 平的抗病 毒干 扰素刺激基 因的表达 ，且抗病毒 作用显著优于猪
一
型 干扰素 。该研究不仅为猪 流行性腹泻防控提
供 了新策略 ，同 时也为探 索三型干扰素在肠道抗 病 毒感染机制方面提 供了新思路 。
息中心启用 。
猪 流行性腹泻 防控 有了新策略
近 日，中国农业科学院哈尔滨兽 医研究所猪 消化道传染病 创新团队克隆表达 了猪源 三型 干扰 素 ，可有效 抑制流行性腹泻病毒感 染 ，为猪流行
性 腹 泻 病 防控 提 供 了 新 思 路 。
据 介绍 ，现代 农业信 息 中心平 台包括采 集 、 专家 、发布 、宣传 、物 联网 、数 据库 ６个系 统 。 通过 电子监测屏 幕 ，不仅 能清晰 看到棚 内画 面 ，
后 自动 降解 。
色、橘红色 、粉红色 、粉 白色 、桃红 色 、白色等 １ ３种彩 色油菜 花 ，其 中更是 有 ７种 已经达 到稳 定状态 。彩色油 菜花 既可观 赏也可 采收油 菜籽 ，
产量和普通的油菜花 差不多。
大棚 添 “ 慧眼 ’ ’ 蔬菜长 得更 “ 舒服 ’ ’
日前 ，青 岛即墨 国家农业高新 区现代 农业信
可 降解地膜首次在海南省示范应用
近 日，三亚南 繁科学技 术研 究院 引进 了 ３种
可降解地 膜 ，并首次在海南示 范应用 。
此 次 引 入 了 生 物 降 解 地 膜 、天 壮 ２号 地 膜 、
海 南威盛地膜 等 ３种 使用 了 Ｐ Ｂ ＡＤ、聚乳 酸等高 分 子材料或淀 粉制作而成可
近 日，江 西农业大学付东 辉教授培育 的彩色 油菜花盛 开了 ，试验 田里可看 到红 、白、橙 、粉 等 １ ３色油 菜花开得十分美 丽。 付东辉教 授采用远缘杂 交 、轮 回选择 、定向
基因工程在花色改良中的研究进展
Ｅ］ 刘春荣 ， ２ 郑雪 良． 全爪 螨对克螨 特 的抗 药性测 定Ｅ］ 桔 Ｊ．
中国南方果树 ，０ ２ ３ （） １ —１ ． ２ ０ ，１２ ：１ ２ ［］ 陈道茂 ， ３ 方培林 ， 林荷芳等． 桔全爪螨 对克螨特抗药性测 定 ［］ 浙江农业学报 ，０ ０ １ （） ６ —６ ． Ｊ． ２ ０ ，２５ ：２ ３ ［］ 孟和生 ， ４ 王开运 ， 姜兴 印等． 桔全爪螨 对哒螨灵抗性 的选 育及其生化机理Ｅ］ 农药学学报． ０ ０ ２ ３ ：２ ６ Ｊ． ２ ０ ， （） ３ —３ ．
［ ］ 黄汉杰 ， ６ 黄嫒云 ， 禹诗． 莫 桔全爪螨对 常用杀螨剂的抗药
性测定［］ 广东农业科学 ，９ ４ （） ３ ～４ ． Ｊ． １ ９ ，３ ：８ Ｏ Ｅ ］ 黄汉杰 ， Ｔ 黄嫒云． 广东省 桔全爪螨 对托 尔克的抗药 性监 测［］ 植物保护 ，９ ４２ （ ） １ —１． Ｊ． １９ ，０ １ ：７ ８
化程度的不 同， 类黄 酮可 以分为 不 同的种类 。例 如 ， 黄 酮 醇、 烷酮 、 黄 异类黄 酮及花色 素苷等 。 由于花 色素苷 合成后 主要积 累在 花瓣 表皮 细胞 的液 泡 内， 其化学 结 构 会受液 泡 内生理 状态 的影 响而改 变 ， 从而显 现不 同 的颜色 。基 因工 程运用于 多种 作物 中 已经取得 初步成 果， 那么利用基 因工 程能否 来改 良花 色 ， 笔者查 阅众多
社 ，０ ０ ２０．
柑桔螨 类 的药剂 防治重点 在螨 类发 生高 峰期 。 柑
桔红蜘蛛一年有 两个高峰 ：～６ ３ 月为主高峰，～１ ９ １
月 小高峰 ； 柑桔 锈蜘 蛛 ５月下旬 ～７月 为危害 高峰期 。 害 螨的 防治适期 为 卵孵 盛期 ， 对于 无杀 成螨 活性 的杀 螨 剂 ， 尼索 朗 ， 做好 预测预 报 ， 如 需 掌握 在卵初 孵 时用 药， 比一般杀 螨剂适 当提 前 ３ －０ｄ ￣ １ 。
杭州市富阳区彩色油菜新品系引进试验
杭州市富阳区彩色油菜新品系引进试验
近年来，油菜在我国的种植面积和产量有了明显的提高，成为了我国最主要的经济作
物之一。
然而传统的油菜品种多为黄瓜型油菜，叶色呈现单一的黄绿色，缺乏色彩的变化，难以满足人们对多彩生活的需求。
因此，为丰富中国油菜的品种资源，满足消费者的需求，富阳区引进了一批彩色油菜新品系进行试验。
本次试验引进的彩色油菜新品系种类丰富，包括紫色、粉红色和红色等不同颜色的品种，其叶色鲜艳、纯正、皮薄，营养有机质含量高，运输适应性强等特点，非常适合富阳
地区的生长环境和市场需求。
试验分为在不同生态环境下观察油菜不同品系的生长情况和比较各品系的产量、品质
及经济效益等多方面研究。
试验结果表明，这些彩色油菜新品系具有对逆境适应能力强、
抗病性强、产量高等优点，而且味道鲜美，深受试验区域农户和消费者的青睐。
通过试验，不仅丰富了当地油菜的品种资源，增加了市场竞争力，也为当地农民带来
了新的经济收益。
与此同时，还促进了科技成果在农业领域的应用和推广，推动了我国农
业的可持续发展。
今后，富阳区将继续投入更多的精力和资金，深入开展彩色油菜的种植研究和推广工作，努力使其在当地的推广应用取得更为广泛的成效，并为我国农业的发展贡献更多的智
慧和力量。
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油菜花花色改良方法的研究进展 刘宏伟 摘要：油菜作为我国非常重要的油料经济作物被广泛的种植，并且有作为绿色生物能源的巨大潜在价值。由于油菜的种植规模巨大在花季时使得它成为了非常重要的蜜源花，同时它构成的人工景观无疑促进了旅游观光业的发展，这种额外的附加价值在旅游业上升的趋势中越来越大，油菜花中提取的天然的色素可供食品添加之用而且更加绿色安全。然而油菜花花色单一因此限制了其经济附加值的增长。随着生物科学的发展使得这一设想成为可能，通过突变育种、转基因、细胞调控、植物整体生理水平调控等手段有可能实现。
关键词：油菜花，花色，改良 前言：油菜即油白菜（Brassica campestris L.）十字花科白菜变种，其本身即具有很大的价值，作为蔬菜含有丰富的维生素C、膳食纤维、低热量食品。作为油料作物，种子中含脂肪40%左右维生素A维生素D维生素E蛋白质氨基酸等。作为观赏植物，在某些非主产区其观赏价值已经超出农业生产的价值，此外还是重要的蜜源植物、油菜花还可以作为天然色素提取的原料。油菜花花色的改良主要是在原来的农业生产价值上增加附加值以提高观赏性，也可以增加色素种类含量。
研究背景 油菜种植面积十分广泛，花色单一为黄色遗传稳定性极强故而很少有机会在自然状态下取得其他花色的突变体用以推广育种故而若想取得其他颜色的变异体就不得不以人工干涉的方法去获得，尽管目前还没有人在这个方向从事研究但是生物科学，尤其是分子水平景观植物花色改良的很多的研究成果都为此提供了丰富理论基础
总述 植物的花色是由植物所能够合成的色素而决定的，植物的色素合成途径如下图所示。黄酮类物质是花色素中最常见的一种，所以，要培育出具有独特色泽的花卉，可用基因工程的方法对其黄酮类物质合成途径中的酶的基因进行操作。形成的花色素的种类取决于黄酮类物质代谢途径中的中问产物的不同化学结构。如果是花青素(sanidine)衍生物。则花色偏红，而若是翠雀紊(delphinidin)衍生物，则花色偏蓝。 在一系列转化试验中，人们将黄酮类物质生物合成途径中的一种或几种酶的基因的反义RNA转入矮牵牛，得到了各种花色独特、花样新颖的转基因矮牵牛。来源于玉米的编码二氢黄酮醇4还原酶(dihydroflavonol-4 reductase，DFR)的基因已被转入矮牵牛，并获得了新的开橙色花的品种。众所周知，黑郁金香是很珍贵的花卉品种，而蓝色的玫瑰、郁金香、康乃馨将更加珍贵。用基因工程的方法将有可能获得蓝色的花卉品种，但是蓝色色素的合成是由多种酶控制酶的，因此利用基因工程的方法培育蓝色花卉时就要综合考虑几方面的因素，因为翠雀素
的合成需要有以下3个条件：第一，要有3’．5’羟化花色素苷(3’，5一hydroxylated anthoyanin)的合成。第二，同时有黄酮醇辅色素的存在。第三，灌泡中相对较高的pH。人们已经从矮牵牛中克隆了3’，5’一类黄酮醇羟化酶基因和黄酮醇合成酶的基因·这两个酶可以催化3’，5’一羟化花色素苷和黄酮醇辅色素的形成，从而保证了蓝色花朵所形成的第一和第二个条件。这项工作的难点在于如何获得合适的液 泡pH。因为目前人们对植物是如何调节自身的液泡pH的还知之甚少。最近，人们终于从矮牵牛中分离出6个与pH有关的基因，即ph1- ph6，这6个基因可以控制矮牵牛花瓣细胞内的pH，从而影响花色。另外，人们还发现编码花色素苷台成途径中的一些调节因子的基因如anl、an2、an1l等突变后,突变株的细胞内,pH发生了改变。因此，人们推测上述3个基因与细胞内的pH调节有关，这些结果让人们有理由认为，利用转基因的方法培育出蓝色的观赏花卉是根有希望的。 利用基因工程的方法不仅能改变花的颜色．还能改变花瓣颜色的深浅。将查尔酮合酶(chalcone synthase．CHS)基因转入单一颜色的矮牵牛、玫瑰、菊花中，使得转基因植物表现出深浅不同的花色。虽然具体的机制目前尚不清楚，但是总的来说转chs植物能够表现出不同的花色是由于共抑制(cosuppression)造成的。 到目前为止，多数情况下人们还无法预知对花色进行修饰的结果，因为无从知道究竟该对哪些基因增加表达量，哪些基因减少表达量。随着对黄酮类物质合成途径了解的不断深入，人为控制花卉色彩终将会实现。 1.花色形成的生理生化机理 1. 1 花色形成的影响因 花的颜色主要由三大类群色素决定: Ⅰ. 类黄酮(flavonoids) 色素, 这是一类积累在植物液泡中的次生代谢产物, 种类繁多. 参与花色形成的类黄酮主要有两类: 一类是产生红色或紫色的花色素苷; 另一类是黄色的2-苯甲川基苯并呋喃酮和苯基苯乙烯酮( 查尔酮) . 花色素苷所占的比例在很大程度上能改变花的最终颜色, 不同的花色素苷使花的颜色产生从红色到紫色的变化, 如花葵素产生橘红色, 花青素产生红色, 翠雀素产生紫色. Ⅱ. 类胡萝卜素( carotenoids) 色素, 它难溶于水, 以结晶或沉淀的形式存在于细胞质的质体中, 又称为质体色素, 包括有红、橙、黄色色素在内的一大色素类群. 存在于花瓣的多为B-胡萝卜素和堇菜黄质, 是玫瑰、郁金香、百合、紫罗兰等的黄色来源. Ⅲ. 与生物碱有关的其他水溶性色素. 如甜菜素、小檗碱、罂粟碱等. 由于它们在含花青素的植物中从未发现过, 因而引起研究者的极大兴趣.成色作用还受另一些因素的影响: 1) 共同成色作用, 某一色素会与其他色素或其他化合物起共同成色作用. 特别是Ⅰ类群色素, 都溶于水, 共同存在时会使花瓣各种过渡色彩. 某些花色素苷还能和有机酸如香豆酸发生酰化作用. 2) 螯合作用, 如果细胞液中存在Al3+, Fe3+, Mg2+, Mo2+等金属离子, 则色素常是螯合的. 特别是花青素苷, 合后在某种程度上改变了花色, 往往偏向紫色. 3) pH值, 液泡液pH值变化. 常引起花色改变, 其中花青素苷受pH值的影响最大, 酸性时呈红色, 中性时呈淡紫色, 碱性时呈蓝色. 1. 2 花色素苷生物合成的生化途径 利用颜色突变体进行遗传互作结合前体物饲喂试验, 即能了解花色素产生的生化途径. 花色素苷的生物合成一直是植物次生代谢领域的研究热点, 目前其合成途径及相关的酶已有很多研究报道 . 花色素苷合成的前体为丙二酰CoA和香豆酰CoA( p-coumatoyl-CoA) . 由查尔酮合酶( chalconesynathase, CHS) 催化二者形成黄色的查尔酮( chalcone) . 查尔酮异构化形成无色的黄烷酮(flavanone) . 此步骤可缓慢自发进行, 但在查尔酮-黄烷酮( chalcone-flavanone) 异构酶( CHI) 催化下可加速完成. 在黄烷酮羟基化酶( flavanone 3-hydroxylase, F3H) 的催化下, 黄烷酮在C3位置羟化形成无色的二羟黄酮醇( dihydroflavonol) . 进一步还原成无色花色素, 由二羟黄酮醇还原酶( dihydroflavonol 4-reductase, DFR) 催化完成. 无色花色素转变成有色的花色素( anthocyandin) , 然后糖基化形成花色素苷( anthocyanin) , 由UDP-葡萄糖类黄酮-3-氧-葡萄糖转移酶( UDP-glucoseflavonoid 3-oxy-glucosytransferase, UFGT) 催化完成
2.基因工程改良花色的研究进展 2. 1 导入外源结构基因来改良花色 类黄酮生物合成途径中, CHS( 查尔酮合酶) 、CHI( 查尔酮异构酶) 、F3H( 黄烷酮-3-羟基化酶) 、F3'5'H( 类黄酮-3', 5'-羟基化酶) 、DFR( 二氢黄酮醇-4-还原酶) 、ANS( 花青素合成酶) 等参与色素代谢的酶类的结构基因均已被克隆。对于缺乏这些结构基因的花卉品种, 通过基因工程手段导入结构基因即可改变被修饰品种的类黄酮生物合成途径, 从而改变花色, 这方面已有很多成功的报道。第一次转基因技术运用于修饰花色的成功路线就是先从玉米中提取DFR基因, 再将它导入白色矮牵牛并使转基因植株自交, 使得二氢黄酮醇( 无色) 在DFR的作用下生成了花葵素糖苷( 砖红色) , 从而培育出了鲜橙色的矮牵牛新品种。
2. 2 利用反义RNA和共抑制技术来抑制CHS基因的活性, 造成CHS无色底物积累, 从而使花色变浅或无色 反义RNA技术就是将所研究基因的反义链结在一个启动子后面, 再用它去转化植物, 从而使被转化的植物表达靶基因的反义链并且抑制靶基因的活性。 在表达CHS基因反义链的转基因植物里, CHS的mRNA和酶活性都有所降低, 从而造成了CHS无色底物的积累, 使花色变浅或成白色[ 2]。北京大学生命科学学院陈章良等将来源于矮牵牛的查尔酮合酶正向克隆到含有CaMV35S启动子的中间介体中, 通过土壤农杆菌介导导入矮牵牛, 转基因矮牵牛花色获得明显变化。大致的技术路线是: 从矮牵牛花瓣中提取核糖核酸RNA, 反转录成cDNA后, 采用PCR得到查尔酮合酶基因。它是一个大约1. 2Kbp的基因。将这一基因克隆到可以进行植物转化的中间载体上, 再将这一中间载体转移给土壤农杆菌, 用转化后的土壤农杆菌侵染带有伤口的矮牵牛叶片。通过这一过程, 外源插入的查尔酮合酶就进入了矮牵牛染色体, 转化后 的带有外源基因的细胞在无菌条件下培养长成愈伤组织, 进一步分化出根和芽, 成为转基因植物。结果发现, 作为转化受体的矮牵牛是单一的紫色, 而转基因 植株的花朵有的变成了白色, 有的紫白相间, 而且紫白相间的方式也各不相同。在同一棵植株上还会开出紫、白、紫白相间的不同花朵[ 3]。为何外源基因转入会使原来紫色的花朵变成白色或紫白相间的花朵呢?他们的解释是, 从分子生物学角度来看, 由于外源查尔酮合酶基因转入后与矮牵牛内源查尔酮合酶基因相 互作用, 部分或完全抑制了这个基因的转录。这种现象称为共抑制, 其作用机理现在还没有确切的解释。
2. 3 通过导入与色素代谢过程有关的调节基因来调节生物合成基因活性、色素空间和时间积累和表达,从而调节花色 2. 3. 1 转录水平上的调控 花色素苷在花瓣发育过程中的合成主要通过合成酶量的增加来实现, 而这些合成酶量的增加则是由于这些酶基因转录的增加所致, 目前已经发现不少调控类黄酮生物合成途径酶的结构基因的调控基因。如玉米的R基因家族和金鱼草Del 家族; Myb类转录因子等等。把R和C1等这些在花色代谢途径中决定特殊路径的转录启动子导入拟南芥和烟草, 通过控制转录基因的表达来调节花色深浅, 通过调节基因使那些与花色素苷生物合成有关的 结构基因在转录区域发生突变, 在转录水平上调节有关结构基因的活性从而调节花色深浅。通过CHS和DFR基因突变体在金鱼草中表达来修饰花色已经有成功报道。此外, 有些学者认为细胞色素CYTP450和CYTb5与不具体的NADPH: CYRP450还原酶之间的相互作用对于最大限度的生成3'5'- 羟基化花色素苷是必要的[ 4]。近来, 有报道说在矮牵牛中F3'5'H的全部活动是由此及彼一个特殊的细胞色素b5控制的, CYTb5是有difF编码的, CYTb5被认为是能够促进一些细胞色素CYTP450在复原的膜泡上的活动。利用转基因植物进行酶之间的互补和竞争研究将有助于理解类黄酮生物合成途径及P450电子转运系统与F3'5'H之间