Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
ABA trung gian sinh tổng hợp anthocyanin phụ thuộc vào phát triển và màu sắc quả trong cây Lycium
Tóm tắt
Anthocyanin, các sắc tố có màu sắc, đã được sử dụng từ lâu như nguyên liệu trong thực phẩm và dược phẩm nhờ vào những lợi ích sức khỏe tiềm năng của chúng, nhưng các tín hiệu trung gian mà qua đó các yếu tố môi trường hoặc phát triển điều chỉnh quá trình sinh tổng hợp anthocyanin vẫn chưa được hiểu rõ. Các loại quả thịt đã trở thành hệ thống tốt để nghiên cứu về việc điều chỉnh sinh tổng hợp anthocyanin, và việc khám phá cơ chế của sự chuyển hóa sắc tố rất có giá trị trong việc kiểm soát độ chín của trái cây. Nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng ABA tích tụ trong quá trình chín quả Lycium, và sự tích tụ này có mối tương quan tích cực với hàm lượng anthocyanin và mức độ bản sao LbNCED1. Việc áp dụng ABA ngoại sinh và chất ức chế sinh tổng hợp ABA fluridon đã làm tăng và giảm hàm lượng anthocyanin trong quả Lycium, tương ứng. Đây là báo cáo đầu tiên cho thấy rằng ABA thúc đẩy sự tích tụ của anthocyanin trong quả Lycium. Sự biến đổi trong hàm lượng anthocyanin nhất quán với sự biến đổi trong biểu hiện của các gen mã hóa phức hợp yếu tố phiên mã MYB-bHLH-WD40 hoặc các enzyme liên quan đến sinh tổng hợp anthocyanin. Việc làm tĩnh lặng gen LbNCED1 do virus gây ra đã làm chậm đáng kể quá trình thay đổi màu sắc của trái cây và giảm cả sự tích tụ anthocyanin và ABA trong quá trình chín của quả Lycium. Phân tích qRT-PCR cho thấy rằng việc làm tĩnh lặng gen LbNCED1 đã rõ ràng làm giảm mức độ bản sao của cả các gen cấu trúc và điều hòa trong con đường sinh tổng hợp flavonoid. Dựa trên các kết quả, một mô hình sinh tổng hợp anthocyanin phụ thuộc vào phát triển trung gian bởi ABA và màu sắc của trái cây trong quá trình chín của quả Lycium đã được đề xuất. Trong mô hình này, các tín hiệu phát triển kích hoạt phiên mã LbNCED1 và do đó làm tăng sự tích tụ của phytohormone ABA, và ABA tích tụ kích thích phiên mã của phức hợp yếu tố phiên mã MYB-bHLH-WD40 nhằm tăng cường biểu hiện của các gen cấu trúc trong con đường sinh tổng hợp flavonoid và từ đó thúc đẩy sản xuất anthocyanin và màu sắc của trái cây. Kết quả của chúng tôi cung cấp một chiến lược quý giá có thể được sử dụng trong thực tiễn để điều chỉnh sự chín và chất lượng của trái cây tươi trong các loại cây thuốc và thực phẩm bằng cách điều chỉnh phytohormone ABA.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Giovannoni J, Nguyen C, Ampofo B, Zhong S, Fei Z. The epigenome and transcriptional dynamics of fruit ripening. Ann Rev Plant Biol. 2017;68:61–84.
Jia H, Jiu S, Zhang C, Wang C, Tariq P, Liu Z, et al. Abscisic acid and sucrose regulate tomato and strawberry fruit ripening through the abscisic acid-stress-ripening transcription factor. Plant Biotechnol J. 2016;14:2045–65.
Petroni K, Tonelli C. Recent advances on the regulation of anthocyanin synthesis in reproductive organs. Plant Sci. 2011;181:219–29.
Khoo HE, Azlan A, Tang ST, Lim SM. Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits. Food Nutr Res. 2017;61:1361779.
Jaakola L. New insights into the regulation of anthocyanin biosynthesis in fruits. Trends Plant Sci. 2013;18:477–83.
Jia HF, Chai YM, Li CL, Lu D, Luo JJ, Qin L, et al. Abscisic acid plays an important role in the regulation of strawberry fruit ripening. Plant Physiol. 2011;157:188–99.
Rafique MZ, Carvalho E, Stracke R, Palmieri L, Herrera L, Feller A, et al. Nonsense mutation inside anthocyanidin synthase gene controls pigmentation in yellow raspberry (Rubus idaeus L.). Front Plant Sci. 2016;7:1892–904.
Teribia N, Tijero V, Munne-Bosch S. Linking hormonal profiles with variations in sugar and anthocyanin content during the natural development and ripening of sweet cherries. New Biotech. 2016;33:824–33.
Oglesby L, Ananga A, Obuya J, Ochieng J, Cebert E, Tsolova V. Anthocyanin accumulation in muscadine berry skins is influenced by the expression of the MYB transcription factors, MybA1, and MYBCS1. Antioxidants (Basel). 2016;5:35.
Zhai R, Wang Z, Zhang S, Meng G, Song L, Wang Z, et al. Two MYB transcription factors regulate flavonoid biosynthesis in pear fruit (Pyrus bretschneideri Rehd.). J Exp Bot. 2016;67:1275–84.
Lu Y, Bu Y, Hao S, Wang Y, Zhang J, Tian J, et al. MYBs affect the variation in the ratio of anthocyanin and flavanol in fruit peel and flesh in response to shade. J Photochem Photobiol B. 2017;168:40–9.
Murcia G, Fontana A, Pontin M, Baraldi R, Bertazza G, Piccoli PN. ABA and GA3 regulate the synthesis of primary and secondary metabolites related to alleviation from biotic and abiotic stresses in grapevine. Phytochem. 2016;135:34–52.
Olivares D, Contreras C, Munoz V, Rivera S, Gonzalez-Aguero M, Retamales J, et al. Relationship among color development, anthocyanin and pigment-related gene expression in ‘Crimson Seedless’ grapes treated with abscisic acid and sucrose. Plant Physiol Biochem. 2017;115:286–97.
Finkelstein R. Abscisic acid synthesis and response. The Arabidopsis Book. 2013;11:e0166. https://doi.org/10.1199/tab.0166.
Ji K, Kai W, Zhao B, Sun Y, Yuan B, Dai S, et al. SINCED1 and SICYP07A2: key genes involved in ABA metabolism during tomato fruit ripening. J Exp Bot. 2014;65:5243–55.
Liao X, Li M, Liu B, Yan M, Yu X, Zi H, Liu R, Yamamuro C. Interlinked regulatory loops of ABA catabolism and biosynthesis coordinate fruit growth and ripening in woodland strawberry. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018;115:E11542–50.
Tijero V, Teribia N, Munoz P, Munne-Bosch S. Implication of abscisic acid on ripening and quality in sweet cherries: differential effects during pre- and post-harvest. Front Plant Sci. 2016;7:602–17.
Miret JA, Munne-Bosch S. Abscisic acid and pyrabactin improve vitamin c contents in raspberries. Food Chem. 2016;203:216–23.
Symons GM, Chua YJ, Ross JJ, Quittenden LJ, Davies NW, Reid JB. Hormonal changes during non-climacteric ripening in strawberry. J Exp Bot. 2012;63:4741–50.
Villalobos-Gonzalez L, Pena-Neira A, Ibanez F, Pastenes C. Long-term effects of abscisic acid (ABA) on the grape berry phenylpropanoid pathway: gene expression and metabolite content. Plant Physiol Biochem. 2016;105:213–23.
An JP, Yao JF, Xu RR, You CX, Wang XF, Hao YJ. Apple bZIP transcription factor MdbZIP44 regulates abscisic acid-promoted anthocyanin accumulation. Plant Cell Environ. 2018;41:2678–92.
Oh HD, Yu DJ, Chung SW, Chea S, Lee HJ. Abscisic acid stimulates anthocyanin accumulation in ‘jersey’ highbush blueberry fruits during ripening. Food Chem. 2018;244:403–7.
Zhang Y, Li Q, Jiang L, Kai W, Liang B, Wang J, et al. Suppressing type 2C protein phosphatases alters fruit ripening and the stress response in tomato. Plant Cell Physiol. 2018;59:142–54.
Karppinen K, Tegelberg P, Haggman H, Jaakola L. Abscisic acid regulates anthocyanin biosynthesis and gene expression associated with cell wall modification in ripening bilberry (Vaccinium myrtillus L.) fruits. Front Plant Sci. 2018;9:1259.
Zhao J, Li H, Xi W, An W, Niu L, Cao Y, Wang H, Wang Y, Yin Y. Changes in sugars and organic acids in wolfberry (Lycium barbarum L.) fruit during development and maturation. Food Chem. 2015;173:718–24.
Potterat O. Goji (Lycium barbarum and L. chinense): phytochemistry, pharmacology and safety in the perspective of traditional uses and recent popularity. Planta Med. 2010;76:7–19.
Zeng S, Wu M, Zou C, Liu X, Shen X, Hayward A, et al. Comparative analysis of anthocyanin biosynthesis during fruit development in two lycium species. Physiol Plant. 2014;150:505–16.
Yao R, Heinrich M, Weckerle CS. The genus Lycium as food and medicine: a botanical, ethnobotanical and historical review. J Ethnopharmacol. 2018;212:50–66.
Liu Y, Zeng S, Sun W, Wu M, Hu W, Shen X, et al. Comparative analysis of carotenoid accumulation in two goji (Lycium barbarum L. and L. ruthenicum Murr.) fruits. BMC Plant Biol. 2014;14: 269. doi: 10.1186.
Mi J, Lu L, Dai G, He X, Li X, Yan Y, et al. Correlations between skin color and carotenoid contents in wolfberry. Food Sci. 2018;39:81–6 (in Chinese with English abstract).
Tian X, Ji J, Wang G, Jin C, Guan C, Wu D, Li Z. Cloning and expression analysis of 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase gene 1 involved in fruit maturation and abiotic stress response in Lycium chinense. J Plant Growth Regul. 2015;34:465–74.
Gapper NE, McQuinn RP, Giovannoni JJ. Molecular and genetic regulation of fruit ripening. Plant Molecul Biol. 2013;82:575–91.
Schaart JG, Dubos C, Romero De La Fuente I, van Houwelingen AM, de Vos RC, Jonker HH, et al. Identification and characterization of MYB-bHLH-WD40 regulatory complexes controlling proanthocyanidin biosynthesis in strawberry (Fragaria× ananassa) fruits. New Phytol. 2012;197:454–67.
Xie X, Li S, Zhang R, Zhao J, Chen Y, Zhao Q, et al. The bHLH transcription factor MdbHLH3 promotes anthocyanin accumulation and fruit colouration in response to low temperature in apples. Plant Cell Environ. 2012;35:1884–97.
Chagne D, Lin-Wang K, Espley RV, Volz RK, How NM, Rouse S, et al. An ancient duplication of apple MYB transcription factors is responsible for novel red fruit-flesh phenotypes. Plant Physiol. 2013;161:225–39.
Shen X, Zhao K, Liu L, Zhang K, Yuan H, Liao X, et al. A role for PacMYBA in ABA-regulated anthocyanin biosynthesis in red-colored sweet cherry cv. Hong Deng (Prunus avium L.). Plant Cell Physiol. 2014;55:862–80.
Chezem WR, Clay NK. Regulation of plant secondary metabolism and associated specialized cell development by MYBs and bHLHs. Phytochemistry. 2016;131:26–43.
Gao Y, Liu J, Chen Y, Tang H, Wang Y, He Y, et al. Tomato SlAN11 regulates flavonoid biosynthesis and seed dormancy by interaction with bHLH proteins but not with MYB proteins. Hortic Res. 2018;5:27.
Caceres-Mella A, Talaverano MI, Villalobos-Gonzalez L, Ribalta-Pizarro C, Pastenes C. Controlled water deficit during ripening affects proanthocyanidin synthesis, concentration and composition in cabernet sauvignon grape skins. Plant Physiol Biochem. 2017;117:34–41.
Cao MJ, Zhang YL, Liu X, Huang H, Zhou XE, Wang WL, et al. Combining chemical and genetic approaches to increase drought resistance in plants. Nat Commun. 2017;8:1183–95.
Liu Y, Schiff M, Marathe R, Dinesh-Kumar SP. Tobacco Rar1, EDS1 and NPR1/NIM1 like genes are required for N-mediated resistance to tobacco mosaic virus. Plant J. 2002;30:415–29.
Dong Y, Burchsmith TM, Liu Y, Mamillapalli P, Dineshkumar SP. A ligation-independent cloning tobacco rattle virus vector for high-throughput virus-induced gene silencing identifies roles for NbMADS4-1 and −2 in floral development. Plant Physiol. 2007;145:1161–70.
Fan W, Zhao M, Li S, Xue B, Jia L, Meng H, et al. Contrasting transcriptional response of PYR1/PYL ABA receptors to ABA or dehydration stress between maize seedlings leaves and roots. BMC Plant Biol. 2016;6:99–112.
Pang Y, Peel GJ, Sharma SB, Tang Y, Dixon RA. A transcript profiling approach reveals an epicatechin-specific glucosyltransferase expressed in the seed coat of medicago truncatula. Proc. Natl Acad Sci U S A. 2008;105:14210–5.
Wu D, Ji J, Wang G, Guan C, Jin C. LchERF, a novel ethylene-responsive transcription factor from lycium chinense, confers salt tolerance in transgenic tobacco. Plant Cell Rep. 2014;33:2033–45.
Livak KJ, Schmittgen TD. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(−Delta Delta C(T)) method. Methods. 2001;25:402–8.