果樹中花色苷的生物合成及其調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

高磊　李慧　鄭煥　陶建敏

摘要： 花色苷是一種多酚類水溶性色素，在合成過程中不僅受到多種酶的催化，還受到外界環(huán)境因素、內(nèi)源激素以及多種轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)。研究果樹植物中花色苷的生物合成及其調(diào)控機(jī)制有利于進(jìn)一步探索果樹植物在自然和應(yīng)激條件下葉片、花、果實(shí)等著色的機(jī)制，明確轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)構(gòu)基因間的互作關(guān)系，幫助人們?cè)谟N與生產(chǎn)上最大程度地利用花色苷來提高果樹植物的抗逆性與產(chǎn)品價(jià)值。本文綜述了果樹中花色苷的生物合成及其調(diào)控機(jī)制。

關(guān)鍵詞： 花色苷;生物合成;分子調(diào)控

中圖分類號(hào)： Q946.83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1000-4440（2022）01-0258-10

Abstract： Anthocyanin is a polyphenolic water-soluble pigment. The biosynthesis of anthocyanins is not only catalyzed by a variety of enzymes， but also regulated by external environmental factors， endogenous hormones and transcription factors. Studying the biosynthesis and regulation mechanism of anthocyanins in fruit trees is helpful to further explore the coloring mechanism of leaves， flowers and fruits under natural and stress conditions， clarify the interaction between transcription factors and structural genes， and help people make the most of anthocyanins in breeding and production to improve the stress resistance and product value of fruit trees. This paper reviews the biosynthesis and regulation mechanism of anthocyanins in fruit trees.

Key words： anthocyanins;biosynthesis;molecular regulation

1 花色苷的概念及作用

花色苷是一種極其重要的多酚類水溶性色素，在結(jié)構(gòu)上通過糖苷鍵將花色素和糖類結(jié)合起來，因此可以相對(duì)穩(wěn)定地存在于植物細(xì)胞液泡中[1]。它含有一個(gè)含氧雜環(huán)和兩個(gè)芳香環(huán)，所以本質(zhì)上是一種黃酮類化合物，但它又和天然的黃酮類化合物有所不同，因其特殊的紫外吸收峰和強(qiáng)烈吸收可見光等特點(diǎn)，人們可以利用高效逆流色譜法對(duì)它進(jìn)行純化[2]。當(dāng)前主流的提取花色苷的方法有超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、超高壓輔助提取法等，目前已經(jīng)有500多種花色苷被人工提取出來，在植物中花色苷主要以錦葵素（Malvidin）、矮牽牛素（Petunidin）、矢車菊素（Cyanidin）、飛燕草素（Delphinidin）、芍藥素（Peonidin）、天竺葵素（Pelargonidin）這六種形態(tài)存在[2]。

花色苷廣泛分布在園藝植物的根、莖、葉、果實(shí)、花和種子等器官的細(xì)胞的液泡中，不僅可以賦予植物色彩，還在植物體內(nèi)承擔(dān)著抵抗不良自然環(huán)境（如低溫脅迫、病蟲侵染、干旱）以及避免光合機(jī)構(gòu)被強(qiáng)光和紫外線破壞等重要作用[3-4]。在人體中它還具有很強(qiáng)的抗氧化、抗炎、調(diào)節(jié)血脂以及人體胰島素含量等多種作用，對(duì)人體有著重要的保護(hù)功效。目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到食品加工、醫(yī)療和保健品加工等行業(yè)中[5-6]。因此研究花色苷的生物合成及其分子調(diào)控機(jī)制不僅有利于深入了解花色苷的生物合成途徑，還有利于了解植物在自然和應(yīng)激條件下生成花色苷的信號(hào)調(diào)控與各種基因之間的互作關(guān)系。

2 花色苷的生物合成代謝

花色苷在植物體內(nèi)的合成主要由一系列結(jié)構(gòu)基因所調(diào)控（圖1），這些結(jié)構(gòu)基因通過編碼不同功能的酶來參與花色苷的合成?；ㄉ盏纳锖铣煽梢源笾路譃楸奖榇x途徑、類黃酮代謝途徑和花色苷合成修飾途徑這三個(gè)階段（圖1）[7]。

第一個(gè)階段中以苯丙氨酸和乙酸作為黃酮類物質(zhì)的直接合成前體，在苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸-4-羥化酶（C4H）、4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）和乙酸-CoA羧化酶的參與下合成4-香豆酰CoA和丙二酰CoA這兩個(gè)底物[8]。在第二階段中上述兩個(gè)底物首先在查耳酮合酶（CHS）的催化下發(fā)生縮合反應(yīng)，合成四羥基查耳酮，進(jìn)而在查耳酮異構(gòu)酶（CHI）催化下生成合成類黃酮的直接前體物質(zhì)——柚皮素，隨后在黃烷酮3-羥化酶（F3H）催化下生成羥基化產(chǎn)物二氫黃酮醇。二氫黃酮醇可以在類黃酮3′5′羥化酶（F3′5′H）、類黃酮3′羥化酶（F3′H）的催化下發(fā)生不同程度的羥基化反應(yīng)，分別合成二氫楊梅黃酮和二氫櫟皮酮。第三階段利用二氫黃酮醇4-還原酶（DFR）的選擇性催化特性將上述3種二氫黃酮醇還原為無色且不穩(wěn)定的花色素，再利用花色苷合酶（ANS）脫水氧化生成有色不穩(wěn)定的飛燕草素、天竺葵素和矢車菊素這三類花色素[9-11]。然后通過類黃酮-3-葡糖基轉(zhuǎn)移酶（UFGT）將葡萄糖轉(zhuǎn)移到花色素分子的羥基上生成糖苷鍵，糖基化可顯著提高花色素的穩(wěn)定性，避免花色素向液泡轉(zhuǎn)移的過程中被降解[12]。這三類花色苷隨后通過甲基化、酰基化等修飾生成藍(lán)紫色的錦葵素、磚紅色的花葵素和紫紅色的芍藥素?；ㄉ赵趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成后，隨即通過囊泡運(yùn)輸與谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GST）、多藥毒性排除轉(zhuǎn)運(yùn)體（MATE）、ATP-結(jié)合盒（ABC） 等轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸?shù)揭号葜斜４鎇13]。

3 外界環(huán)境與植物激素對(duì)花色苷生物合成的影響

3.1 外界環(huán)境對(duì)花色苷合成的影響

花色苷的生物合成會(huì)受到外界各種環(huán)境因素的影響，其中溫度與光照是主要的影響因素[14]。溫度可以通過影響花色苷合成相關(guān)酶的活性來間接影響花色苷的合成[15-17]。在高溫條件下，花色苷合成相關(guān)酶的活性下降，抑制了花色苷的合成，同時(shí)花色苷穩(wěn)定性被破壞，最終導(dǎo)致花色苷含量大大降低[18]。例如海棠（Calophyllum inophyllum L.）果實(shí)在高溫處理后，MpCHS、MpDFR、MpUFGT等結(jié)構(gòu)基因表達(dá)量顯著降低，花色苷含量降低[19]。在石榴（Punica granatum L.）中比較0 ℃、5 ℃、10 ℃、15 ℃下果肉內(nèi)花色苷的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示15 ℃下花色苷的穩(wěn)定性最差且隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)含量明顯降低[20]。荔枝（Litchi chinensis Sonn.）果皮在高溫下會(huì)由正常的紅色迅速變?yōu)楹稚?，這表明高溫會(huì)促使花色苷降解，果皮中花色苷合成關(guān)鍵基因LcUFGT的表達(dá)也會(huì)受高溫抑制，阻礙了果皮中花色苷的合成與積累[21]。蘋果（Malus domestica）中的熱激轉(zhuǎn)錄因子MdHSF3b/4a受高溫誘導(dǎo)會(huì)與轉(zhuǎn)錄抑制因子MdBBX24啟動(dòng)子中的熱激響應(yīng)元件HSE特異性結(jié)合，并促進(jìn)其表達(dá)，進(jìn)而抑制花色苷的合成，結(jié)果表明高溫可以通過刺激轉(zhuǎn)錄抑制因子的表達(dá)抑制花色苷的合成[22]。

對(duì)于大部分果樹植物來說，低溫往往更有利于花色苷的積累[23]。將秋皇后盆栽葡萄（Vitis vinifera L.）分別在20 ℃和30 ℃下處理，與30 ℃的對(duì)照相比20 ℃下果皮中花色苷的積累量以及相關(guān)基因的表達(dá)量顯著提高[24]。海棠葉片在低溫誘導(dǎo)下，McbHLH3/33、McMYB10和McTTG1表達(dá)量會(huì)明顯升高，使葉片著色加深[25]。蘋果果實(shí)經(jīng)低溫處理后轉(zhuǎn)錄因子MdMYBA會(huì)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)基因MdANS啟動(dòng)子的活性，進(jìn)而促進(jìn)花色苷的合成[26];低溫還可以誘導(dǎo)磷酸化修飾后的MdbHLH3結(jié)合在MdBBX20啟動(dòng)子中的低溫響應(yīng)原件（LTR）上[22]，促進(jìn)下游結(jié)構(gòu)基因MdDFR、MdUFGT的表達(dá)，進(jìn)而促使果實(shí)著色[27]。低溫會(huì)影響花色苷的組織特異性積累，如血橙（Citrus sinensis）的果皮與果肉都可以積累花色苷，而紫色柚[Citrus maxima （Burm） Merr.]只能在果皮中積累花色苷[28]。紫色柚果肉的CgRuby1啟動(dòng)子中缺乏E-box元件，不具有感受低溫的能力也無法與bHLH結(jié)合，故無法在低溫下積累花色苷[29-30]。

光照可以通過光質(zhì)、光照度與光照時(shí)間影響花色苷的生物合成[31]。其中光質(zhì)主要通過UV-B信號(hào)通路來參與植物花色苷的合成，波長(zhǎng)為280～320 nm的UV-B對(duì)花色苷合成的影響最大[32]。HY5與COP1是UV-B信號(hào)途徑的兩個(gè)關(guān)鍵光信號(hào)轉(zhuǎn)錄因子[33]，在黑暗下COP1可以將HY5泛素化降解，導(dǎo)致花色苷合成受阻[34]。在光照下，UV-B信號(hào)會(huì)刺激其光信號(hào)受體UVR8由無活性的二聚體構(gòu)型變?yōu)榛钚缘膯误w構(gòu)型并形成UVR8-COP1蛋白復(fù)合體，解除了COP1對(duì)HY5的降解，從而激活花色苷的生物合成[35-36]。血橙與紫色柚在光誘導(dǎo)下，HY5可以直接結(jié)合并激活Ruby1啟動(dòng)子的G-box-1（CACGTC）元件，進(jìn)而積累花色苷[28]。蘋果中MdDFR和MdUFGT的啟動(dòng)子中的光響應(yīng)元件在光下可以與bZIP因子或bHLH結(jié)合成光響應(yīng)復(fù)合體，提高果實(shí)對(duì)光照的敏感性[37]。處于強(qiáng)光下的蘋果果實(shí)，花色苷合成相關(guān)基因的表達(dá)量與遮光果實(shí)相比明顯升高，其中MdMYB1的表達(dá)量升高了20～25倍[38]。草莓（Fragaria ananassa Duch.）果實(shí)中的FaDFR、FaANS、FaUFGT和FaMYB10等花色苷合成相關(guān)基因的表達(dá)量與光照度呈正相關(guān)，強(qiáng)光下果實(shí)中花色苷含量顯著增加[39]。在海棠葉片中，隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，黃酮類物質(zhì)含量、葉片著色程度以及花色苷合成基因的表達(dá)都明顯增加[40]。

3.2 植物激素對(duì)花色苷合成的影響

激素對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有顯著的調(diào)控作用，可以影響植物體中包括花色苷在內(nèi)的各種次生代謝物質(zhì)的生成[41-42]。生長(zhǎng)素（IAA）主要通過植物體內(nèi)的ARF-Aux信號(hào)通路影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[43]。其中ARF基因是主要的生長(zhǎng)素響應(yīng)基因，可以對(duì)花色苷的生物合成起到明顯的抑制作用[44]。 如在蘋果中，MdARF13基因可以與MdDFR的啟動(dòng)子結(jié)合抑制MdDFR的表達(dá)，繼而抑制花色苷的生物合成[45]。在蘋果上施加生長(zhǎng)素類似物2，4-二氯苯氧基乙酸（2，4-D）可以促進(jìn)ARF基因的表達(dá)，抑制MdMYB10和MdbHLH3對(duì)結(jié)構(gòu)基因的調(diào)控[46]。細(xì)胞分裂素對(duì)花色苷的影響與生長(zhǎng)素相反，它可以促進(jìn)受糖誘導(dǎo)的尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（UDP-glucose）基因以及類黃酮-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶（UF3GT）基因的表達(dá)來促進(jìn)花色苷的合成[47-48]。用低濃度的細(xì)胞分裂素類似物6-芐基腺嘌呤（6-BA）處理美樂葡萄，可以增強(qiáng)VvF3′5′H、VvANS、VvUFGT等基因的表達(dá)來合成花色苷[49]。脫落酸（ABA）是植物主要的抗逆激素，可以通過關(guān)閉植物氣孔、提高根系對(duì)水分的吸收能力來幫助植物抵御逆境，同時(shí)促進(jìn)植物中花色苷的生物合成[50-51]。用ABA處理夏黑葡萄可以使果皮中的錦葵素糖苷與矮牽牛素糖苷含量明顯增加[52]，促進(jìn)果皮中CHS3和UFGT等結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)[53-54]。油菜素內(nèi)酯（BRs）是一種新型的植物內(nèi)源激素，在提高植物產(chǎn)量，提高抗逆性等方面有重要作用[55]。用BRs處理赤霞珠葡萄可以提高果皮中PAL、UFGT等酶的活性，同時(shí)刺激內(nèi)源ABA的合成促進(jìn)果皮著色[56];在巨峰葡萄上噴施BRs可以降低高溫對(duì)葡萄花色苷合成的抑制作用并促進(jìn)果實(shí)著色[57]。茉莉酸（JA）對(duì)花色苷的合成也具有促進(jìn)作用，它可以刺激花色苷合成上游結(jié)構(gòu)基因苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因的表達(dá)來促進(jìn)花色苷合成[58]。在美樂葡萄葉面噴施茉莉酸甲酯（MeJ），使果皮中花翠素類花色苷含量顯著升高[59]。在蘋果中，JA可以誘導(dǎo)MdMYB24L表達(dá)，增強(qiáng)下游結(jié)構(gòu)基因MdDFR、MdUFGT的啟動(dòng)子活性來誘導(dǎo)花色苷合成[60]。

4 轉(zhuǎn)錄因子及其復(fù)合物對(duì)花色苷合成與結(jié)構(gòu)基因的影響

4.1 MYB轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)構(gòu)基因的互作

MYB轉(zhuǎn)錄因子廣泛存在于高等植物中，是植物中最大的轉(zhuǎn)錄因子家族之一，N端存在的高度保守的功能性DNA結(jié)合域通常由1～3個(gè)的重復(fù)序列（R1、R2和R3）組成[61]。這些重復(fù)序列由間隔排列的色氨酸殘基組成，色氨酸殘基在每個(gè)重復(fù)序列的疏水核中形成簇，并起到穩(wěn)定DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的作用[62]。

R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子通過刺激花色苷合成途徑中重要結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)或與其他調(diào)控基因配合來促進(jìn)植物體中花色苷的合成[63-64]。例如在獼猴桃（Actinidia chinensis Planch.）中，AcMYB10通過與AcbHLH42互作可以促進(jìn)其下游結(jié)構(gòu)基因AcLDOX、AcF3GT表達(dá)，來促進(jìn)花色苷的生物合成[65]。在蘋果中，MdMYB1可以直接與MdGSTF6的啟動(dòng)子結(jié)合促進(jìn)花色苷向液泡中轉(zhuǎn)移[66]。在葡萄和桃等植物中也已發(fā)現(xiàn)R2R3-MYB有類似的作用[67-69]。

R3-MYB在結(jié)構(gòu)上只含有單個(gè)R3重復(fù)序列且缺乏轉(zhuǎn)錄激活域，是花色苷合成途徑中重要的轉(zhuǎn)錄抑制因子[70]。一方面它通過抑制MBW對(duì)花色苷合成結(jié)構(gòu)基因的調(diào)控來阻礙花色苷的合成。例如在番茄中，過表達(dá)的SlMYB-ATV（R3-MYB）可以與SlAN1和SlJAF13（bHLH）結(jié)合，充當(dāng)MBW的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑來阻礙花色苷的合成[71]。另一方面，它可以直接抑制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，來抑制花色苷的生成。例如在蘋果中，MdMYB16可以與下游結(jié)構(gòu)基因MdANS和MdUFGT的啟動(dòng)子結(jié)合，來抑制花色苷的合成[72];MdMYB6可以抑制MdANS和MdGSTF12的表達(dá)，還可以減少花色苷合成底物UDP-glu和UDP-gal的量來間接抑制花色苷的合成[73]。此外R3-MYB還通過抑制其他轉(zhuǎn)錄因子對(duì)結(jié)構(gòu)基因的調(diào)節(jié)來間接阻礙花色苷的生成。在秋姬李中R3-MYB會(huì)抑制其他正調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子如PsMYB10.1和PsbHLH3對(duì)花色苷合成基因PsDFR、PsANS的促進(jìn)效果來阻礙花色苷合成[74]。

MYB轉(zhuǎn)錄因子還可以通過突變來影響花色苷的合成。在白色葡萄中，VvMYBA1的啟動(dòng)子中插入了一個(gè)反轉(zhuǎn)座子，VvMYBA2蛋白的氨基酸序列上保守性極強(qiáng)的第44位精氨酸突變成了亮氨酸[75-76]，mRNA編碼區(qū)兩個(gè)核苷酸（C、A）的缺失等[77]。這些突變最終使VvMYBA1/A2無法對(duì)VvUFGT進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而使果肉無法積累花色苷[78-79]。在血橙中，CsRuby1的啟動(dòng)子中插入了一個(gè)含有低溫響應(yīng)元件LTR的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子（Tcs1），使血橙在低溫誘導(dǎo)下積累花色苷[28]。

4.2 bHLH轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)構(gòu)基因的互作

bHLH轉(zhuǎn)錄因子是由60個(gè)氨基酸組成的螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)，并且形成了兩個(gè)不同的功能域[80]。一個(gè)是基本的DNA結(jié)合域，此結(jié)構(gòu)域賦予其結(jié)合DNA的能力，并且可以特異性識(shí)別目標(biāo)基因上的E-box基序（CANNTG），另一個(gè)是通過疏水性氨基酸二聚化的HLH區(qū)域[81-82]。

在大部分植物中bHLH轉(zhuǎn)錄因子往往與MYB互作，在MYB的參與下調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)來影響花色苷的合成。例如蘋果中MdbHLH33能夠與轉(zhuǎn)錄抑制子MdMYB16互作形成異源二聚體，抑制MdMYB16與下游結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子結(jié)合，進(jìn)而保證花色苷的正常合成[83]。在葡萄中，VvMYC1通過HLH區(qū)域形成二聚化結(jié)構(gòu)，與VvMYBA1/A2互作，共同促進(jìn)VvCHI、VvANR和VvUFGT等基因的表達(dá)促進(jìn)花色苷合成[84]。此外VvMYC1與VvMYBA1組成的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物還可以激活VvMYC1自身啟動(dòng)子的活性產(chǎn)生正反饋調(diào)節(jié)效應(yīng)[85]。此外bHLH還可以直接調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)來影響花色苷的生成。在藍(lán)果忍冬（Lonicera caerulea L.）中，LcTT8可以促進(jìn)下游結(jié)構(gòu)基因LcDFR、LcANS的表達(dá)而積累花色苷[86]。在蘋果中，MdbHLH3可以直接刺激MdDFR、MdUFGT等結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，來促進(jìn)花色苷的合成與積累[87]。

4.3 WD40轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)構(gòu)基因的互作

WD40重復(fù)序列第一次在異源三聚體G蛋白和CDC4蛋白的Gβ亞基中得到鑒定，長(zhǎng)度約為43個(gè)氨基酸，包括N端的Gly-His（甘氨酸-組氨酸）和C端的Trp-Asp（色氨酸-天冬氨酸）組成的高度保守的二肽結(jié)構(gòu)，這些保守殘基形成的強(qiáng)大氫鍵網(wǎng)絡(luò)可以穩(wěn)定WD40的折疊結(jié)構(gòu)[88-89]。

WD40轉(zhuǎn)錄因子可以通過自身40個(gè)氨基酸組成的四鏈反平行β折疊結(jié)構(gòu)直接與其他轉(zhuǎn)錄因子互作。例如蘋果中的WD40蛋白MdTTG1雖然不能與MYB轉(zhuǎn)錄因子相互作用，但是可以與MdbHLH3/33互作來調(diào)節(jié)花色苷的合成[90]。WD40轉(zhuǎn)錄因子也可與MYB和bHLH共同組成MBW轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，在其中承擔(dān)著穩(wěn)定復(fù)合物結(jié)構(gòu)、提供蛋白質(zhì)間互作平臺(tái)的作用[91]。在石榴中，PgTTG1能與PgAn2（MYB）和PgAn1（bHLH）組成MBW復(fù)合物來調(diào)節(jié)PgANS和PgDFR的表達(dá)，從而促進(jìn)花色苷的積累[92-93]。

4.4 MBW轉(zhuǎn)錄復(fù)合物

植物中花色苷的生物合成主要受到MBW（MYB-bHLH-WD40）轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的調(diào)控（表1）[94]。轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中的各個(gè)組分具有不同功能，如轉(zhuǎn)錄因子MYB和bHLH通過DNA結(jié)合域與下游結(jié)構(gòu)基因的啟動(dòng)子結(jié)合來調(diào)控基因表達(dá)，而WD40蛋白則負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[95]。在大部分果樹植物中，MBW轉(zhuǎn)錄復(fù)合物往往通過調(diào)控CHS、DFR、ANS和UFGT等花色苷生物合成相關(guān)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)來參與花色苷的合成。在楊梅[Myrica rubra （Lour.） S. et Zucc.]中，MrMYB1-MrbHLH1-MrWD40-1轉(zhuǎn)錄復(fù)合物可以促進(jìn)MrDFR、MrUFGT等結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)積累花色苷[96]。上述結(jié)果在草莓、石榴等果樹植物中均已得到驗(yàn)證[93，97-99]。

有時(shí)轉(zhuǎn)錄因子MYB與bHLH可以組成二元復(fù)合物來單獨(dú)調(diào)控花色苷的合成。如楊梅中的MrMYB1與MrbHLH1共表達(dá)時(shí)可明顯提高M(jìn)rCHS、MrANS、MrUFGT等基因的表達(dá)量來促進(jìn)花色苷合成[100]。在荔枝中，LcMYB1與LcbHLH3組成二元復(fù)合物也可以促進(jìn)下游LcDFR，LcANS等基因的表達(dá)來促進(jìn)果皮著色[101]。在甜櫻桃[Cerasus avium （L.） Moench.]中，PacMYBA通過與PacbHLH相互作用，共同激活下游基因PacDFR、PacANS和PacUFGT的表達(dá)來提高果實(shí)中花色苷的含量[102]。

4.5 其他轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)構(gòu)基因的互作

MYB、bHLH、WD40三大轉(zhuǎn)錄因子家族是參與花色苷生物合成的主要調(diào)節(jié)因子，此外其他轉(zhuǎn)錄因子如WRKY、HY5、NAC、B-box對(duì)花色苷的合成調(diào)節(jié)也有著不可忽視的作用[103-104]。它們可以通過相互作用組成復(fù)合物，調(diào)節(jié)MYB、bHLH或WD40等轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)來間接調(diào)節(jié)花色苷的合成。如蘋果中MdWRKY72與MdWRKY11可以與MdHY5啟動(dòng)子中的W-box元件結(jié)合來促進(jìn)MdMYB1的表達(dá)，繼而促進(jìn)花色苷積累[105];MdBBX20的G-box結(jié)構(gòu)域可以與MdHY5的b-ZIP結(jié)構(gòu)域相互識(shí)別結(jié)合形成MdBBX20-MdHY5蛋白復(fù)合體，激活MdMYB1啟動(dòng)子的活性來促進(jìn)下游結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)[106]。在紅肉桃（Amygdalus persica L.）中，NAC轉(zhuǎn)錄因子BL與PpNAC1組成的二元復(fù)合物可以促進(jìn)PpMYB10的表達(dá)來促進(jìn)花色苷合成[107]。

WRKY、HY5與NAC等轉(zhuǎn)錄因子可以直接與MYB、bHLH或WD40相互作用調(diào)控花色苷的合成。例如紅皮梨[Pyrus pyrifolia （Burm. F.） Nakai]中PyWRKY26可以直接激活PyMYB114的啟動(dòng)子活性，促進(jìn)PyMYB114對(duì)下游結(jié)構(gòu)基因的調(diào)控，進(jìn)而積累花色苷[108];PyHY5可以直接識(shí)別并結(jié)合PyMYB10和PyWD40啟動(dòng)子中的G-box序列刺激它們表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)花色苷的合成[109]。在蘋果中，MdbZIP4可以直接結(jié)合到MdMYB114的啟動(dòng)子上，促進(jìn)MdANS、MdUFGT等結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)而促進(jìn)花色苷的合成[110];MdWRKY41可以與MdMYB16（R3-MYB）互作來抑制下游MdANS、MdUFGT等基因的表達(dá)，進(jìn)而抑制花色苷的合成[111];MdNAC42/52可以直接激活MdMYB9/10/11的啟動(dòng)子來促進(jìn)花色苷的合成[112]。

B-box、NAC和WRKY等轉(zhuǎn)錄因子可以直接調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)來影響花色苷的合成。蘋果中B-box轉(zhuǎn)錄因子MdBBX24可以抑制下游結(jié)構(gòu)基因MdDFR、MdANS啟動(dòng)子的順式作用元件活性來抑制花色苷的合成[22];MdWRKY40可以直接結(jié)合MdANS啟動(dòng)子的W-box與MRE元件，促進(jìn)MdANS的表達(dá)而積累花色苷[113];過表達(dá)MdNAC42可以使結(jié)構(gòu)基因MdDFR、MdANS、MdUFGT表達(dá)量顯著提高，促使果色加深[114]。荔枝中LcNAC13會(huì)抑制LcCHS、LcCHI、LcDFR和LcMYB1等花色苷合成相關(guān)基因的表達(dá)而阻礙花色苷的合成[115]。草莓中AP2轉(zhuǎn)錄家族中的FaABI4可以直接促進(jìn)FaCHS和FaUFGT等基因的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)草莓中蔗糖與花色苷的積累[116]。因此WRKY、HY5、NAC、B-box等轉(zhuǎn)錄因子與MYB、bHLH、WD40三大轉(zhuǎn)錄因子家族組成龐大的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來共同調(diào)控花色苷合成結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，進(jìn)而參與花色苷的合成調(diào)控（圖2）。

5 展望

近年來對(duì)果樹中花色苷的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，基本闡明了花色苷在果樹中的合成途徑以及參與的各種結(jié)構(gòu)基因，同時(shí)在葡萄、蘋果、柑橘等植物中也基本闡明了轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)構(gòu)基因的各種互作關(guān)系。轉(zhuǎn)錄因子在花色苷合成的調(diào)節(jié)中具有重要作用，其中MYB、bHLH、WD40這三大類轉(zhuǎn)錄因子家族起主要作用，它們可以單獨(dú)或組成MBW轉(zhuǎn)錄復(fù)合物參與合成調(diào)節(jié)，另外WRKY、HY5、NAC、B-box等轉(zhuǎn)錄因子也可以與MYB、bHLH、WD40相互作用參與花色苷的合成。

未來人們可以利用基因編輯技術(shù)[117-118]選擇性地合成某種花色苷，從而起到定向影響果皮或者花朵著色的效果。例如向某種不含花色苷合成結(jié)構(gòu)基因的植物轉(zhuǎn)入關(guān)鍵基因使其獲得新的性狀，或者導(dǎo)入外源轉(zhuǎn)錄因子基因定向調(diào)節(jié)內(nèi)源結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)和次生代謝物的合成。也可以利用基因敲除技術(shù)[119]沉默某一基因的表達(dá)來改變植物的花色等。盡管花色苷合成的研究已經(jīng)取得了諸多的成就，但是像花色苷合成途徑在不同的植物組織或器官表達(dá)的唯一性、結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的時(shí)間順序與空間位置、轉(zhuǎn)錄因子與結(jié)構(gòu)基因的作用位點(diǎn)等問題還有待探索，相信未來人們可以構(gòu)建更為清晰的花色苷合成網(wǎng)絡(luò)，探索合成途徑中關(guān)鍵酶的晶體結(jié)構(gòu)，利用基因工程和生物信息學(xué)等技術(shù)為創(chuàng)造和改變花色提供更為清晰思路和前景。

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（責(zé)任編輯：蔣永忠）

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