光照對紫色芽葉茶花青素合成的調控機理

金琦芳孫威江陳志丹

（1.福建農林大學園藝學院，福州 350002；2.福建農林大學安溪茶學院，泉州 362400；3.閩臺特色作物病蟲害生態(tài)防控協(xié)同創(chuàng)新中心，福州 350002）

光照對紫色芽葉茶花青素合成的調控機理

金琦芳1，3孫威江1，2，3陳志丹2，3

（1.福建農林大學園藝學院，福州 350002；2.福建農林大學安溪茶學院，泉州 362400；3.閩臺特色作物病蟲害生態(tài)防控協(xié)同創(chuàng)新中心，福州 350002）

紫色芽葉茶作為特異的茶樹種質資源，具有高花青素、芽葉紫紅的特性，因而受到學者們的重視。植物的花青素合成途徑及其關鍵基因的研究成為熱點，目前，從不同物種中已克隆、鑒定了花青素合成和代謝相關的主要調節(jié)基因和結構基因。前人研究表明，花青素合成和代謝與環(huán)境密切相關，而光照是主要的影響因素，但其調控機理尚不明確。通過綜述光照對其他紫色植物的花青素的調控，進一步探討了光照對紫色芽葉茶花青素合成相關基因的調控，為研究茶樹特異種質資源和生物技術育種提供依據。

紫色芽葉茶；花青素；合成途徑；光照

茶樹地方有性群體品種中，紫色芽葉占有很大比例。紫芽茶樹是一種稀有的特色茶樹資源，芽葉呈現紫色或紅紫色，花青素含量較高［1］。研究表明，花青素的高濃度積累是紅紫色芽葉呈現“紅紫色”的主要原因，不同茶樹品種芽葉的紅紫色程度不同［2］。中國代表性品種主要有云南省農科院茶葉研究所選育的“紫娟”、浙江省選育的“苔香紫”、福建“大紅袍”、“紅芽佛手”等。據調查，在春季普通群體品種中，30%左右的芽葉呈現為微紅紫色或紅紫色，在夏季則有88.7%呈現微紅紫色或紅紫色，茶樹上的紅紫色芽葉較純綠色芽葉含有較多的茶多酚、兒茶素和黃酮類化合物，保健性強的L-EGCG含量亦偏高，尤其是花青素含量較高，它是茶樹芽葉呈現紫色表征的主要原因［1］。

花青素的形成和積累與環(huán)境條件密切相關。光是誘導花青素形成的主要原因，其中以光照和光質影響尤為顯著。目前，花青素的合成途徑已經基本清楚，從不同物種中克隆、鑒定了很多與花青素合成相關的結構基因和調節(jié)基因，利用基因工程技術進行遺傳轉化，改變植物花青素積累的研究和應用也越來越廣泛［3］。但目前的研究還不能完全揭示環(huán)境因子及調控因子對花青素代謝的影響機制。本文對光照通過激活花青素苷代謝途徑中關鍵基因的表達來促進花青素苷的積累進行綜述，以期為今后研究光環(huán)境對紫色芽葉茶紫化機理提供參考。

1 茶樹花青素

花青素苷是植物新陳代謝過程中產生的類黃酮物質，是類黃酮途徑的一個分支途徑，是決定被子植物根、莖、葉、種皮、花和果實等顏色的重要色素之一。花青素是一類廣泛存在于植物中的水溶性色素，屬于植物次生代謝產生的類黃酮化合物。它廣泛存在于27個科72個屬的開花植物（被子植物）中［4］，其中花青素含量較高的有山楂、葡萄、紫甘薯和松針等，目前研究最多的是紫甘薯和葡萄?；ㄇ嗨氐幕緳C構為3，5，7-羥基-2-苯基苯并吡喃大多數花青素在花色基元的3-，5-，7-碳位上有取代羥基［5］。由于其結構中R1和R2碳位上的取代基不同，形成了各種各樣的花青素。目前已知有20種花青素，在植物中常見的有6種，即矢車菊色素（Cy）、錦葵色素（Mv）、飛燕草色素（Dp）、天竺葵色素（Pg）、芍藥花色素（Pn）和牽?；ㄉ兀≒t）［6］?；ㄇ嗨剀赵诩毎泻铣傻谝号葜蟹e累，產生的顏色范圍從紅色到紫色［7-9］。其中，矢車菊色素和芍藥花色素是紫紅色；天竺葵色素是紅色；飛燕草色素、牽?；ㄉ睾湾\葵色素是紫色。茶葉中主要含有前3種花青素，另外茶葉中還有花白素及兒茶素聚合形成的原花色素，酸性條件下兩類物質可部分轉化為花青素［10］?；ㄇ嗨氐淖畲笕觞c是顏色不夠穩(wěn)定，易受光照、金屬離子、酸堿度、氧化還原劑及溫度等因素的影響。劉棟等［11］研究表明，花青素在酸性溶液中，存在著4種花色苷- 醌型堿、黃洋鹽陽離子、查耳酮和假堿之間的平衡。但近年來研究發(fā)現，?；ㄇ嗨鼐哂休^強的護色能力，是由于?；行У刈璧K這4種化學結構的轉變。當花青素中含有一個或多個?；鶗r，?；柚沽嘶ㄇ嗨貜募t色的黃洋鹽水解成無色的查耳酮或一般使得其轉變?yōu)樗{色的醌酮，因此能保持顏色。液泡轉運蛋白GST等轉運因子將合成的花青素苷運輸到液泡中。最后在內外因子共同作用下，花青素苷呈現出橙紅、粉紅、紅、藍色、紫紅和紫等顏色。

2 花青素的生物合成途徑

植物花青素的生物合成途徑已有深入的研究，類黃酮物質和花青素代謝途徑及相關酶類已經較為清楚。苯丙氨酸是類黃酮生物合成的直接前體，由苯丙氨酸到花青素的合成被劃分為3個階段［3］。

第一個階段由苯丙氨酸到4-香豆酰 CoA，這是許多次生代謝共有的，該步驟受苯丙氨酸裂解酶（PAL）、肉桂酸羥化酶（C4H）和4-香豆酰CoA連接酶（4CL）活性的調控［3］。第二個階段由4-香豆酰CoA和3個丙二酰CoA 到二羥黃酮醇，是類黃酮代謝的關鍵反應，受查爾酮合成酶（CHS）、查爾酮異構酶（CHI）和黃烷酮-3- 羥化酶（F3H）的活性調控。CHS通過將3個丙二酰CoA 的乙酸基加到香豆酰CoA上生成花青素途徑中的第一個中間產物——查爾酮［12］。第三個階段是各種花青素的合成，受兩個酶調控［13］。二羥黃酮醇還原酶（DFR）和花青素合成酶（ANS/LDOX）將無色黃酮醇轉化為無色花青素再經氧化、脫水形成未修飾的花青素［14］。DFR以NADPH為輔因子，催化二氫黃酮醇在C4位發(fā)生立體特異的還原反應，生成無色花色素，是花青素合成過程中的重要酶［3］。ANS負責催化無色花青素經氧化脫水形成有顏色的花青素。ANS是紫葉茶樹花青素合成的最后一個酶，也是將無色花青素經氧化脫水形成紅紫色花青素的最關鍵酶。

3 花青素生物合成的調控因子

目前，對花青素的次級代謝合成途徑及其相關的基因調控一直都是研究的熱點。已研究較清楚的主要有3類調控因子：bHLH、WD40蛋白和MYB蛋白，大部分物種的花青素都是由這3類轉錄因子復合而成的蛋白復合體直接調控激活的，也有少數花青素合成只需要單個調控因子就能激活，如玉米中的鞣紅就能被一種MYBP1激活［15］。

從茶樹基因組中127 094條單一基因中篩選轉錄因子基因，并逐一進行保守結構域鑒定，分別篩選得到73條R2R3-MYB基因，49條bHLH基因和134條WD40基因［16］。在單子葉植物中（如玉米），主要有兩類轉錄因子調控花青素合成，一種是與MYB相關的轉錄因子；另一種是與bHLH相關的轉錄因子［17］。它們相互作用激活調控整個花青素合成途徑中的酶，如CHI、CHS、F3H、UFGT、DFR和ANS等。在雙子葉植物中（如擬南芥），花青素生物合成酶分為兩類，分別由不同的轉錄因子調控：（1）早期的生物合成基因，包括 CHI、CHS、F3H、F3’H和FLS，依賴R2R3-MYB轉錄因子合成類黃酮物質；（2）晚期的生物合成基因，包括：DFR、ANS、UFGT、ANR，由bHLH轉錄因子MYB蛋白和WD40蛋白組成的三元復合體調控［18］。主要產物為種子中的原花青素和植物組織中的花青素。

根據含有MYB結構域的數量，可將MYB 轉錄因子分為3類：含有一個結構域的 R3-MYB，含有兩個結構域的 R2R3-MYB和含有3個結構域的R1R2R3 -MYB，花青素相關的 MYB 轉錄因子通常包含R2和R3 兩個基序（R2R3-MYB）或包含R3 一個基序（R3-MYB）［19］。現已在許多植物中分離鑒定出參與花青素合成調控的 R2R3-MYB 轉錄因子，如擬南芥的 TT2、PAP1 和 PAP2、矮牽牛的 AN2、紫蘇的 Myb-p1、金魚草的 Rosea和玉米的 C1/P1等。在煙草中過量表達擬南芥MYB 轉錄因子PAP1，轉基因植株葉、花、莖和根中大量積累花青素，外觀表現為深紅甚至紫色［20］。強光誘導后，玉米MYB基因與結構基因的表達豐度均明顯增加，且MYB基因與結構基因的表達密切相關，這是由于MYB轉錄因子與結構基因啟動子結合的緣故。已克隆的花青素合成調控相關的 bHLH 蛋白序列高度保守。在番茄中表達金魚草編碼 bHLH、MYB 類轉錄因子的兩個基因 Del 和Rose1，轉化株果實花青素含量明顯提高，顯示不同程度的紫色［21］。目前，已有多種WD40 重復蛋白基因得到鑒定，如擬南芥的 TTG1、矮牽牛的AN11、紫蘇的 PFWD和玉米的PAC1等。研究表明，在蘋果中的 WD40 蛋白 MdTTG1 過表達時，可以使花青素生物合成途徑下游的相關基因表達上調，從而使花青素積累增加。

4 環(huán)境對花青素苷積累的調控機理

環(huán)境信號激活花青素苷合成途徑中相關基因的表達，并促使植物開始積累花青素苷［22，23］。迄今為止，對花青素苷的生物合成途徑已十分清楚，其中催化各步反應的酶和編碼這些酶的基因已經被鑒定出來［24-26］。同時，調控這些結構基因表達的主要轉錄因子，對改變植物花色有重要的作用。花青素苷的合成積累是外界環(huán)境因子與內部基因調控共同作用的結果。基因編碼的酶決定花青素苷的種類。外界環(huán)境因子不僅影響花青素苷合成的速率，而且對其穩(wěn)定性和積累量也產生作用。環(huán)境因子對花青素苷合成途徑中的結構基因和調節(jié)基因都具有調控作用，最終決定花青素苷的種類?；ㄇ嗨剀盏某噬资芡饨绛h(huán)境因子的調控，不同的外界環(huán)境因子下，花色和葉色會隨之改變。影響花青素苷合成及呈色的外界環(huán)境因子主要包括光、溫度、pH值和糖等。

光照是影響花青素苷合成最重要的環(huán)境因子之一。在綠色組織（如莖、花芽和葉片等）以及組織培養(yǎng)的細胞中，光通過激活花青素苷代謝途徑中相關基因的表達來促進花青素苷的積累［27］?；ㄇ嗨剀盏暮铣膳c否及其積累量與光信號轉導因子和光受體密切相關［28］。在花青素苷合成的前期，不同的光強對相關基因的表達進行調控，強光可以同時誘導結構基因和調節(jié)基因的表達，使花青素苷的積累量增加；而弱光或黑暗則抑制或下調基因的表達，從而抑制或減少花青素苷的合成，表現出淺色花或白花。光信號調控啟動子與轉錄因子結合的強弱，在一定程度上影響結構基因的表達，其表達量也會隨之發(fā)生相應的變化。研究表明，花青素苷合成途徑中的結構基因幾乎都可以受光調控，在強光下表達量上調，在黑暗或弱光條件下不表達或表達量下降［29］。

目前在茶樹上，與花青素合成相關的基因啟動子還未克隆。然而茶樹上已鑒定了3類參與花青素合成調控的轉錄因子R2R3-MYB、bHLH和WD40蛋白。這些轉錄因子通過與結構基因啟動子中相應的順式作用元件結合，從而調節(jié)花青素生物合成途徑中一個或多個基因的表達［30］。在其他作物上，啟動子與轉錄因子之間的相互關系，光信號調控啟動子和轉錄因子研究，光照對花青素生物合成途徑中關鍵基因的調控及呈色作用在茶樹上還未有報道。

堅持產管并重，全力創(chuàng)建國家食品安全城市，保障群眾食品藥品安全。日常監(jiān)管實現網格化，該局做到了信息采集、政策宣傳、培訓教育、安全預警、日常巡查“五個監(jiān)管”全部網格化。實現食品“三小行業(yè)”標準化、小作坊生產園區(qū)化、小攤販經營市場化、小餐飲改造透明化。這些舉措的實施，為創(chuàng)建國家食品安全城市助力，也充分保障了人民群眾的飲食用藥安全。

5 光照對紫色芽葉茶花青素合成的調控

光是自然界中影響植物生長發(fā)育的最重要的環(huán)境因素之一。在高等植物的光形態(tài)建成過程中具有極其精細的光接收（Reception）和信號轉導（Transduction）系統(tǒng)。植物對光的應答反應主要通過不同的光受體接收和轉導信號來完成的。用不同波長的光照射植物，其發(fā)育對光譜某些區(qū)域比其他區(qū)域更敏感，特別是植物對紅光（波長620-700 nm）、遠紅光（700-800 nm）、UV-B（280-320 nm）、UV-A（320-380 nm）和藍光（380-500 nm）特別敏感［31］。

5.1 光受體

不同植物的光受體不同，目前鑒定出的高等植物光受體主要有3類：吸收紅光和遠紅光的光敏色素（Phytochrome）；吸收藍光、UV-A的隱花色素（Cryptochrome）和向光素（Phototropin），以及最新研究發(fā)現的吸收UV-B的受體——UVR8［32］。

5.2 光受體與信號轉導途徑對紫色芽葉茶花青素苷合成的調控

植物通過光受體可以感受光的強度和不同波段等，并通過信號轉導途徑調控自身的光形態(tài)建成、生物節(jié)律以及代謝產物的合成等多個生長發(fā)育過程。光照對花青素苷的合成：光信號通過光受體及信號轉導因子調控啟動子與轉錄子結合的強弱，轉錄因子與啟動子中相應的順式作用元件結合，從而調節(jié)花青素合成途徑中結構基因的表達，而這些結構基因又與茶樹葉片呈色有關。

紅光的光受體——光敏色素接受光信號后，一方面自身發(fā)生磷酸化，同時還可使得其他蛋白因子磷酸化，并將此信號傳遞給下游的信號傳導組分，最終誘導相關基因的表達［33］。對擬南芥光敏色素A缺失突變體研究中發(fā)現紅光對CHS的誘導受光敏色素A調節(jié)，FHY1是光敏色素A信號傳導途徑中的成分。兩個光信號途徑中的組成成分PIF3和HY5，可以直接結合到花青素苷合成的結構基因的啟動子區(qū)域，協(xié)同調節(jié)花青素苷的合成，而且PIF3對花青素苷的調節(jié)作用必須有HY5的參與［34］。

植物通過特異受體UVR8感受UV-B的刺激，可能是通過以色氨酸為基礎的機制進行信號傳導。UV-B驅動UVR8雙聚體解聚，激活受體，接著與光信號調控中心的C0P1互作將信號傳遞給下游途徑［32］。對圓葉牽牛整個開花過程的環(huán)境因子進行研究發(fā)現，UV強度會影響圓葉牽?；ò曛械幕ㄇ嗨剀蘸浚险{花青素苷合成途徑中的基因表達，且修飾花青素苷轉錄水平［37］。

5.3 光照對紫色芽葉茶花青素苷合成關鍵結構基因的調控及其呈色的機理

查爾酮合成酶是花色素合成中的一個關鍵酶。它廣泛存在于多種植物中，在植物的抗菌機制、抗脅迫、細胞的發(fā)育和分化、花色素的積累和外源基因的表達等起著重要的作用［38］。目前已從多種植物中獲得了CHS基因。Takeuchi等［39］從茶樹中分離獲得了3種CHS，分別命名為CHS1、CHS2和CHS3，3個基因全長分別為1 390 bp、1 405 bp和1 425 bp，均具有編碼389個氨基酸殘基的ORF，而且推測的氨基酸序列相似程度高達93%-96%。目前，在茶樹上光照對查爾酮合成酶基因表達的影響還未見報道。但在其他作物上已有少量報道。在金魚草花瓣中，光誘導bZIP家族轉錄因子同CHS基因啟動子區(qū)域中G-box結合，從而激活CHS基因的表達。在月季的研究表明，光照是影響月季花變色的關鍵環(huán)境因素，遮光阻礙了花瓣中花青素的合成，抑制了基因CHS的表達，導致花冠不著色［40］。CHS受到多種因素的影響，如環(huán)境脅迫、光照、傷害、誘導劑，甚至一些中間產物都能影響它的表達水平。茶樹CHS主要在葉片和莖中表達，在花中也有適度表達。隨著植株的生長發(fā)育，葉片中的表達下調。在葉片上噴施蔗糖，表達明顯上調。對新梢遮蔭處理，表達降低。在花色基因工程中，利用基因工程技術進行花色修飾得到了廣泛的研究。通過反義抑制，已成功在矮牽牛、菊花等幾種觀賞植物中進行了花色修飾［41］。在菊花、月季、香石竹中都采用過量表達CHS引起共抑制的方法獲得了粉色或白色的轉基因植株［42］?；ㄇ嗨厥遣铇溲咳~呈現紫色表征的主要原因，根據上述光照對其他紫色作物花青素合成結構基因中查爾酮合成酶基因表達的影響，可以推測強光也能使紫色芽葉茶查爾酮合成酶基因表達上調，芽葉呈紫色；遮蔭則使紫色芽葉茶查爾酮合成酶基因不表達，芽葉不能正常著色。

查爾酮異構酶將柚配基查爾酮異構化形成二羥基黃烷酮［13］。植物的這一步反應也可以在沒有CHI的條件下緩慢自發(fā)進行。CHI基因陸續(xù)在苜蓿、矮牽牛中分離，具有較高的同源性。在茶樹上已克隆出CHI基因，其序列全長1 163 bp，其中開放閱讀框長723 bp，編碼240個氨基酸，推測的蛋白分子量約為26.4 kD，pI為5.19［43］。目前，在茶樹上光照對查爾酮異構酶基因表達的影響還未見報道。但在其他作物上已有少量報道。矮牽牛植株在完全黑暗的條件下放置4 d，CHI基因的表達喪失。再對其進行光照誘導后，CHI基因再次表達。山川紫甘薯葉片的CHI基因受到光信號的誘導，光強越大，基因表達量越高［44］。花青素是茶樹芽葉呈現紫色表征的主要原因，根據上述光照對其他紫色作物花青素合成結構基因中查爾酮異構酶基因表達的影響，可以推測光強越大紫色芽葉茶查爾酮異構酶基因表達越高，芽葉能正常著色并使顏色加深；遮蔭則使紫色芽葉茶查爾酮合成酶基因表達喪失，芽葉能正常著色。

黃烷酮3-羥化酶（F3H）是花青素代謝途徑的一個關鍵酶，催化4，5，7-三羥基黃烷酮生成二氫堪非醇［13］。目前已從擬南芥、矮牽牛、金魚草、苜蓿、葡萄、蘋果、康乃馨和翠菊等植物中分離出來。茶樹也已克隆出F3H的開放閱讀框（ORF）包含1 107個堿基，編碼含有368個氨基酸的蛋白質。由于F3H的作用底物是柚皮素，因此F3H調控著黃酮與花青素的合成，是整個黃酮類化合物代謝途徑的中樞位點［45］。目前，在茶樹上光照對黃烷酮 3-羥化酶（F3H）基因表達的影響還未見報道。但在其他作物上已有少量報道。在強光誘導下，擬南芥中的F3H基因表達量上調；弱光下，該基因表達量下調。此外，強光下擬南芥的轉錄因子MYB（PAP1、PAP2）表達量上調。在弱光下，紫蘇的F3H基因表達量下調。這些研究都表明，F3H基因受到光照的調控，且與光照強度呈正相關關系。F3'5'H 是合成藍色的花翠素-3-葡萄糖苷的關鍵酶。矮牽牛編碼F3'5'H的基因Hf1和Hf2的表達均能使花色苷生物合成途徑趨向于產生藍色的花翠素-3-葡萄糖苷，從而使花趨于顯藍色?；ㄇ嗨厥遣铇溲咳~呈現紫色表征的主要原因，根據上述光照對其他紫色作物花青素合成結構基因中黃烷酮3-羥化酶基因表達的影響，可以推測光照強度與紫色芽葉茶黃烷酮3-羥化酶基因表達呈正相關關系，芽葉能正常著色并使顏色加深。

二羥基黃酮醇還原酶（DFR）是催化二氫櫟皮黃酮（DHQ）生成無色花青素，二氫堪非醇（DHK）生成無色花葵素，二氫楊梅黃酮（DHM）生成無色花翠素的關鍵酶［13］。DFR是這一轉變中起作用的第一個酶，失去DFR活性的突變體產生象牙色或者白色［13］。茶樹已克隆出CsDFR的開放閱讀框，它編碼含347個氨基酸的蛋白，推測分子量38.69 kD，等電點為6.02［46］。

目前，在茶樹上光照對二羥基黃酮醇還原酶（DFR）基因表達的影響還未見報道。但在其他作物上已有少量報道。在強光誘導下，擬南芥和野生型矮牽牛的DFR基因的表達量上調；相反，弱光下該基因的表達量下調［26］。其中，在強光下，擬南芥中的MYB 轉錄因子的表達量也同時上調。Dong等［47］以蘋果花為材料，研究了光對花色形成的影響。結果表明阻斷光照后，花不能正常著色。這是由于黑暗下花青素苷合成途徑中DFR基因表達受到抑制。Tanaka 等［48］從玫瑰花瓣中克隆dfr，轉入淡粉紅色矮牽牛中，結果產生了矮牽牛缺乏的橙紅色的花葵素?；ㄇ嗨厥遣铇溲咳~呈現紫色表征的主要原因，根據上述光照對其他紫色作物花青素合成結構基因中二羥基黃酮醇還原酶基因表達的影響，可以推測強光使紫色芽葉茶二羥基黃酮醇還原酶基因表達上調，芽葉能正常著色并使顏色加深。

類黃酮3-O-糖基轉移酶（UFGT）和花色素苷合成酶（ANS）是負責花青苷生物合成過程中的最后一個步驟，在細胞質和液泡中協(xié)同作用使不穩(wěn)定的花青素轉變?yōu)榉€(wěn)定的花青苷［47］。UFGT將不穩(wěn)定的花色素轉變?yōu)榉€(wěn)定的花色素苷，在花青素的運輸和積累中，很大程度上影響植物的顏色表型，可能是花色素苷合成的關鍵酶。茶樹上已有人克隆出UFGT全長。王曉帆以茶樹葉片為材料，結合同源克隆方法和RACE技術，克隆了1條UFGT 基因，命名為 CsUFGT。該基因cDNA全長為1 526 bp，ORF長1 380 bp，編碼459個氨基酸，推測等電點5.96，推測分子量為49.486 kD［49］。茶樹的ANS基因也已被克隆出，該基因的全長為1 196 bp，編碼354個氨基酸［48］。目前，在茶樹上光照對類黃酮3-O-糖基轉移酶（UFGT）和花色素苷合成酶（ANS）基因表達的影響還未見報道。但在其他作物上已有少量報道。葡萄在遮光后，UFGT基因表達量下調，其轉錄因子MYB12、MYBA1和MYB5a表達量也下調［26］。李興國等［50］研究發(fā)現在紅色葡萄中明顯檢測到UFGT基因的表達，表現型由白色向紅色的轉變，是控制UFGT基因表達的調節(jié)基因的結果，所以UFGT基因的表達在葡萄花青苷合成中具有決定性的作用。Rosati等［51］從美國金鐘連翹中克隆得到ANS基因和其啟動子，并證明在Forsythin的花瓣中無花色素苷是由于缺少ANS基因的表達所至?；ㄇ嗨厥遣铇溲咳~呈現紫色表征的主要原因，根據上述光照對其紫色他作物花青素合成結構基因中UFGT和ANS基因表達的影響，可以推測強光使紫色芽葉茶UFGT和ANS基因表達上調，芽葉能正常著色并使顏色加深。

綜上所述，遮蔭使紫色芽葉茶花青素合成相關結構基因表達下調，芽葉不能正常著色；強光使紫色芽葉茶花青素合成相關結構基因表達上調，芽葉能正常著色并使顏色加深。結合花青素合成途徑，可繪制出強光下紫色芽葉茶花青素合成途徑圖（圖1）。

圖1 強光對紫色芽葉茶花青素合成相關基因表達及呈色影響

6 結語

迄今為止，光照對花青素苷合成關鍵酶基因的調控及其呈色的機理已有了進一步的了解。葉片是茶樹接受光信號的器官，其感受到光信號以后，經信號轉導因子調控啟動子與轉錄子結合的強弱，轉錄因子與啟動子中相應的順式作用元件結合，從而激活花青素苷的合成通路，最后液泡轉運蛋白GST等轉運因子將合成的花青素苷運輸到液泡中，使葉片呈紫色。

目前在茶樹中，與花青素合成相關結構的基因（CHS、CHI、F3H、UFGT和ANS基因）都已克隆，其轉錄因子（R2R3-MYB、bHLH和WD40蛋白）也已明確。但與花青素合成相關的基因啟動子還未有克隆，啟動子研究相對其他作物較滯后；光照對紫芽茶樹花青素合成相關結構基因的影響的研究還未見報道。因此，光照對紫色芽葉茶花青素合成相關基因啟動子和轉錄因子結合強弱的影響及對結構基因的表達，以及茶樹葉片呈色的作用還需要進一步研究。

［1］劉富知， 黃建安， 付冬和， 等. 茶樹上紅紫色芽葉部分生化特性研究［J］. 湖南農業(yè)學報， 2000， 26（1）：55-57.

［2］蕭力爭， 蘇曉倩， 李勤， 等. 紫芽品種茶樹芽葉多酚類物質組成特征［J］. 湖南農業(yè)大學學報：自然科學版， 2008， 34（1）：77-79.

［3］郭鳳丹， 王效忠， 劉學英， 等. 植物花青素生物代謝調控［J］.生命科學， 2011， 10（23）：942-943.

［4］Sarma AD， Sreelakshmi Y， Sharma R. Antioxidant ability of anthocyanins against ascorbic acid oxidation［J］. Phytochemistry，1997， 45（4）：671-674.

［5］賈趙東， 馬佩勇， 邊小峰， 等. 植物花青素合成代謝途徑及其分子調控［J］. 西北植物學報， 2014， 34（7）：1496-1506.

［6］葛翠蓮， 黃春輝， 徐小彪. 果實花青素生物合成研究進展［J］.園藝學報， 2012， 39（9）：1655-1664.

［7］Tanaka Y， Sasaki N， Ohmiya A. Biosynthesis of plant pigments：anthocyanins， betalains and carotenoids［J］. Plant， 2008， 54（4）：733-749.

［8］韓科廳， 趙莉， 唐杏嬌， 等. 菊花花青素苷合成關鍵基因表達與花色表型的關系［J］. 園藝學報， 2012， 39（3）：516-524.

［9］王璐， 戴思蘭， 金雪花， 等. 植物花青素苷轉運機制的研究進展［J］. 生物工程學報， 2014， 30（6）：848-863.

［10］張宏寶. 茶樹紅紫色芽葉中花青素組分的分離及鑒定［D］.泰安：山東農業(yè)大學， 2009：66-68.

［11］劉棟， 錢建亞， 周曉輝， 等. 花青素?；饔醚芯窟M展［J］.廣州食品工業(yè)科技， 2003， 12（30）：1-2.

［12］ Yang J， Gu HY， Yang Z. Likelihood analysis of the chalcone synthase genes suggests the role of positive selection in morming glories（Ipom oea）［J］. Journal of Molecular Evolution， 2004，58（23）：54-63.

［13］侯夫云， 王慶美， 李愛賢， 等. 植物花青素合成酶的研究進展［J］. 中國農學通報， 2009， 25（21）：188-190.

［14］張寧， 胡宗利， 陳緒清， 等. 植物花青素代謝途徑分析及調控模型建立［J］. 中國生物工程雜志， 2008， 28（1）：97-105.

［15］許志茹， 李春雷， 崔國新， 等. 植物花青素合成中的MYB蛋白［J］. 植物生理學通訊， 2008， 44（3）：597-604.

［16］ 趙磊. 茶樹類黃酮合成轉錄因子篩選及ANR基因功能驗證［D］. 合肥：安徽農業(yè)大學， 2013：3-4.

［17］宮硤， 薛靜， 張曉東. 植物花青素合成途徑中的調控基因研究進展［J］. 生物技術進展， 2011， 6（3）：381-390.

［18］Petroni K， Tonelli C. Recent advances on the regulation of anthocyanin synthesis in reproductive organs［J］. Plant Sci，2011， 181（88）：219-229.

［19］Wang KL， Bolitho K， Grafton K， et al. An R2R3 MYB transcription factor associated with regulation of the anthocyanin biosynthetic pathway in Rosaceae［J］. BMC Plant Biol， 2010， 10（2）：50-56.

［20］Xie DY， Shashi SB， Wright E， et al. Metabolic engineering of proanthocyanidins through coexpression of anthocyanidin reductase and the PAP1 MYB transcription factor［J］. Plant， 2006， 45（1）：895-907.

［21］Butelli E， Titta L， Giorgio M， et al. Enrichment of tomato fruit with health-promoting anthocyanins by expression of select transcription factors［J］. Nat Biotechnol， 2008， 26（9）：1301-138.

［22］David W. Regulation of flower pigmentation and growth：multiple signaling pathways control anthocyanin synthesis in expanding petals［J］. Physiol Plant， 2000， 110（28）：152-157.

［23］Mori K， Sugaya S， Gemma H. Decreased anthocyanin biosynthesis in grape berries grown under elevated night temperature condition［J］. Sci Hortic， 2005， 105（11）：319-330.

［24］黃金霞， 王亮生， 李曉梅， 魯迎青. 花色變異的分子基礎與進化模式研究進展［J］. 植物學通報， 2006， 23（112）：321-333.

［25］Tanaka Y， Ohmiya A. Seeing is believing：engineering anthocyanin and carotenoid biosynthetic pathways［J］. Curr Opin Biotechnol，2008， 19（6）：190-197.

［26］胡可， 孟麗， 韓科廳， 等. 瓜葉菊花青素合成關鍵結構基因的分離及表達分析［J］. 園藝學報， 2009， 36（34）：1013-1022.

［27］Mori K， Goto-Yamamoto N， Kitayama M， Hashizume K. Loss of anthocyanins in red-winegrape under high temperature［J］. J Exp Bot， 2007， 58（68）：1935-1945.

［28］Sheehan MJ， Farmer PR， Brutnell TP. Structure and expression of maize phytochrome family homeologs［J］. Genetics， 2004， 167（88）：1395-1405.

［29］胡可， 韓科廳， 戴思蘭. 環(huán)境因子調控植物花青素苷合成及呈色的機理［J］. 植物學報， 2010， 45（3）：307-317.

［30］彭玉帥， 王如峰， 張陸軍. 花青素生物合成的關鍵酶及其調控因子［J］. 中草藥， 2014， 1（45）：133-134.

［31］劉明， 趙琦， 王小菁， 等. 植物的光受體及其調控機制的研究［J］. 生物學通報， 2005， 40（5）：10-12.

［32］Rizzini L， Favory J， Cloix C， et al. Perception of UV-B by the Arabidopsis UVR8 Protein［J］. Science， 2011， 332（6025）：103-106.

［33］程海燕， 李德紅. 光、糖與激素影響植物花色素苷合成與積累的研究進展［J］. 亞熱帶植物科學， 2010（3）：82-86.

［34］Shin J， Park E， Choi G. PIF3 regulates anthocyanin biosynthesis in an HY5-dependent manner with both factors directly binding anthocyanin biosynthetic gene promoters in Arabidopsis［J］. The Plant Journal， 2007， 4（6）：981-994.

［35］ 閆海芳， 周波， 李玉花. 光受體及光信號轉導［J］. 植物學通報，2004， 21（2）：235-246.

［36］ Kircher S， Wellmer F， Nick P， et al. Nuclear import of the parsley bZIP transcription factor CPRF2 is regulated by phytochrome photoreceptors［J］. Cell Biol， 1999， 144（22）：201-211.

［37］ Lu YQ， Du J， Tang JY， et al. Environmental regulation of floral anthocyanin synthesis in Ipomoea purpurea［J］. Molecular Ecology， 2009， 18（18）：3857-3871.

［38］ 廖靖軍， 安成才， 吳思， 等. 查爾酮合酶基因在植物防御反應中的調控作用［J］. 北京大學學報：自然科學版， 2000， 36（4）：566-575.

［39］ Takeuchi A， Matsumoto S， Hayatsu M. Chalcone synthase from Camellia sinensis：isolation of the cDNAs and the organ-specific and sugar-responsive expression of the genes［J］. Plant and Cell Physiology， 1994， 35（7）：1011-1013.

［40］駱箐箐， 李虹， 柏斌斌， 等. 光照對月季‘光譜’花青素合成及其CHS和DFR基因表達的影響［J］. 分子植物育種，2013， 1（11）：126-131.

［41］ 趙云鵬， 陳發(fā)棣， 郭維明. 觀賞植物花色基因工程研究進展［J］. 植物學通報， 2003， 20（1）：51-58.

［42］ 王仲偉. 浙江紅山茶花青素和脂肪酸合成相關基因克隆與表達分析［D］. 南京：南京農林大學， 2013：10-11.

［43］馬春雷. 茶樹查爾酮異構酶、黃酮醇合成酶和無色花青素還原酶等基因的克隆與表達分析［D］. 北京：中國農業(yè)科學院，2007：1-6.

［44］劉良勇. 光對紫色甘薯花青素積累及相關酶基因表達的影響［D］. 重慶：西南大學， 2008：1-9.

［45］張龍， 李衛(wèi)華， 姜淑梅， 等. 花色素苷生物合成與分子調控研究進展［J］. 園藝學報， 2008， 35（6）：909-916.

［46］陸建良， 林晨， 駱穎穎， 等. 茶樹重要功能基因克隆研究進展［J］. 茶葉科學， 2007， 2（8）：95-103.

［47］ Dong YH， Beuning L， Davies K， et al. Expression of pigmentation genes and photo-regulation of anthocyanin biosynthesis in developing Royal Gala apple flowers［J］. Aust Plant Physiol， 1998， 25：245-252.

［48］ Tanaka Y， Fukui Y， Mizutani MF， et al. Molecular cloning and characterization of Rosa hybrid dihydroflavonol 4-reductase Gene［J］. Plant Cell Physiology， 1995， 36（6）：1023-1031.

［49］ 王曉帆， 田艷維， 王云生， 等. 茶樹類黃酮3-O-葡萄糖基轉移酶基因的克隆和表達分析［J］. 茶葉科學， 2012， 32（5）：411-418.

［50］ 李興國， 于澤源. 花青苷的研究進展［J］. 北方園藝， 2003（4）：6-8.

［51］Rosati C， Cadic A， Duron M， et al. Molecular characterization of the anthocyanidin synthase gene in Forsythia intermedia reveals organspecific expression during flower development［J］. Plant Sci，1999， 149：73-77.

（責任編輯 狄艷紅）

Regulation Mechanism of Anthocyanin Synthesis in Purple Shoots of Tea by Lighting

Jin Qifang1，3Sun Weijiang1，2，3Chen Zhidan2，3
（1. College of Horticulture，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002；2. College of Tea，Fujian Agriculture and Forestry University，Quanzhou 362400；3. Fujian-Taiwan Joint Center for Ecological Control of Crop Pests，Fuzhou 350002）

Purple shoots of tea as a specific tea germplasm with the characteristics of high anthocyanin and purplish red have earned the attentions from scholars. Studies on the biosynthesis pathway of anthocyanin and its key genes in plants have become a hot spot；currently the main regulatory genes and structural genes associated with anthocyanin synthesis and metabolism have been cloned and identified from different species. Previous studies have shown that anthocyanin synthesis and metabolism are closely correlated with the environment， and lighting is the major affecting factor， however its regulation mechanism is uncertain yet. Summarizing the regulation of lighting on anthocyanin in other purple plants， and further exploring the regulation of lighting on the genes related to anthocyanin synthesis in the purple shoots of tea provide the basis for the study of specific tea germplasm and breeding biotechnology.

purple shoots of tea；anthocyanin；synthetic pathway；lighting

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.06.003

2014-10-31

國家“863”計劃（2013AA10260605），紫化芽葉茶樹種質資源的挖掘保存與創(chuàng)新利用（2015N5008）

金琦芳，女，碩士研究生；研究方向：茶樹特異種質資源；E-mail：1293392431@qq.com

孫威江，男，博士，教授、博士生導師，研究方向：茶樹特異種質資源；E-mail：swj8103@126.com