Các gen tăng cường biểu hiện trong quá trình nhuộm đỏ ở lá xà lách dưới tác động bức xạ UV-B

Plant Cell Reports - Tập 26 - Trang 507-516 - 2006
Jong-Sug Park1, Myoung-Gun Choung2, Jung-Bong Kim3, Bum-Soo Hahn3, Jong-Bum Kim3, Shin-Chul Bae1, Kyung-Hee Roh3, Yong-Hwan Kim1, Choong-Ill Cheon4, Mi-Kyung Sung5, Kang-Jin Cho3
1Research Planning & Information Division, National Institute of Agricultural Biotechnology, Suwon, Korea
2Department of Pharmacognosy Material Development, Kangwon National University, Samcheok, Korea
3Molecular Physiology and Biochemistry Division, National Institute of Agricultural Biotechnology, Suwon, Korea
4Department of Life Science, Sookmyung Women’s University, Youngsan-gu, Seoul, Korea
5Department of Food and Nutrition, Sookmyung Women’s University, Youngsan-gu, Seoul, Korea

Tóm tắt

Phân tích phân tử về sự khác biệt trong biểu hiện gen giữa lá xà lách xanh và lá xà lách đỏ đã được thực hiện bằng phương pháp SSH. So sánh BlastX của các đoạn mã trình tự biểu hiện bị trừ đi (ESTs) cho thấy 7.6% số mẫu mã hóa các enzyme liên quan đến chuyển hóa thứ cấp. Các mẫu này có sự hiện diện đặc biệt cao của protein tham gia vào quá trình chuyển hóa flavonoid (6.5%). Sau khi thực hiện SSH, 566 mẫu đã được sàng lọc lại để kiểm tra biểu hiện gen khác biệt bằng phương pháp lai chấm. Trong số này, có 53 mẫu được phát hiện có sự biểu hiện quá mức trong quá trình nhuộm đỏ. Sự tăng cường biểu hiện của sáu gen đã được xác nhận thông qua phân tích blot bắc. Biểu hiện của các gen chalcone synthase (CHS), flavanone 3-hydroxylase (F3H), và dihydroflavonol 4-reductase (DFR) cho thấy có sự tương quan dương tính với sự tích lũy anthocyanin ở lá xà lách dưới bức xạ UV-B; flavonoid 3′,5′-hydroxylase (F3′,5′H) và anthocyanidin synthase (ANS) đã được biểu hiện liên tục trong cả hai mẫu. Những kết quả này chỉ ra rằng các gen CHS, F3H và DFR có mối liên hệ đồng thời với sự gia tăng tích lũy anthocyanin trong quá trình nhuộm đỏ của lá xà lách. Nghiên cứu này cho thấy mối quan hệ giữa quá trình nhuộm đỏ và sự biểu hiện của các gen tăng cường ở xà lách. Thư viện cDNA trừ đi và cơ sở dữ liệu EST được mô tả trong nghiên cứu này đại diện cho một nguồn tài nguyên quý giá cho nghiên cứu tiếp theo về chuyển hóa thứ cấp trong các cây rau.

Từ khóa

#biểu hiện gen #xà lách đỏ #flavonoid #anthocyanin #bức xạ UV-B

Tài liệu tham khảo

Ageorges A, Fernandez L, Vialet S, Merdinoglu D, Terrier N, Romieu C (2006) Four specific isogenes of the anthocyanin metabolic pathway are systemically co-expressed with red colour of grape berries. Plant Sci 170:372–383 Ballare C (2003) Stress under the sun: spotlight on ultrabiolet-B responses. Plant Physiol 132:1725–1727 Baudry A, Heim MA, Dubreucq B, Caboche M, Weisshaar B, Epiniec L (2004) TT2, TT8, and TTG1 synergistically specify the expression of BANYULS and proanthocyanidin biosynthesis in Arabidopsis thaliana. Plant J 39:366–380 Brosche M, Fant C, Bergkvist SW, Strid H, Svensk A, Olsson O, Strid A (1999) Molecular markers for UV-B stress in plants: alteration of the expression of four classes of genes in Pisum sativum and the formation of high molecular mass RNA adduts. Biochim Biophys Acta 1447:185–198 Broun P (2004) Transcription factors as tools for metabolic engineering in plants. Curr Opin Plant Biol 7:202–209 Chalker-Scott L (1999) Environmental significance of anthocyanins in plant stress responses. Photochem Photobiol 70:1–9 Chappell J, Hahlbrock K (1984) Transcription of plant defence genes in response to UV light or fungal elicitor. Nature 311:76–78 Devary Y, Rosette C, DiDonato J, Karin M (1993) NF-kappa B activation by ultraviolet light not dependent on a nuclear signal. Science 10 261(5127):1442–1445 Drumn-Herel H, Mohr H (1981) A novel effect of UV-B in higher plant, Sorghum vulgare. Photochem Photobiol 33:391–398 Endt DV, Kijne JW, Memelink J (2002) Transcription factors controlling plant secondary metabolism: what regulates the regulators? Phytochem 61:107–114 Frank MR, Deyneka JM, Schuler MA (1998) Cloning of wound-induced cytochrome P450 monooxygenases expressed in pea. Plant Plysiol 110:1035–1046 Frit P, Kwon K, Coin F, Auriol J, Dubaele S, Salles B, Egly JM (2002) Transcriptional activators stimulate DNA repair. Mole Cell 10:1391–1401 Fuglevand G, Jackson JA, Jenkins GI (1996) UV-B, UV-A and blue light signal transduction pathways interact synergistically to regulate chalcone synthase gene expression in Arabidopsis. Plant Cell 8:2347–2357 Holton TA, Cornish EC (1995) Genetics and biochemistry of anthocyanin biosynthesis. Plant Cell 7:1071–1083 Honda C, Kotoda N, Wada M, Kondo S, Kobayashi S, Soejima J, Zhang Z, Tsuda T, Moriguchi T (2002) Anthocyanin biosynthetic genes are coordinately expressed during red coloration in apple skin. Plant Physiol Biochem 40:955–962 Kalbin G, Ohlsson AB, Berglund T, Rydstrom J, Strid A (1997) Ultraviolet-B radiation-induced changes in nicotinamide and glutathione metabolism and gene expression in plants. Eur J Biochem 249:465–472 Kim B, Tenessen D, Last R (1998) UV-B-induced photomorphogenesis in Arabidopsis thaliana. Plant J 15:667–674 Koopmann E, Hahlbrock K (1997) Differentially regulated NADPH:cytochrome P450 oxidoreductases in parsley. Proc Natl Acad Sci 94:14954–14959 Liu L, McClure JW (1995) Effects of UV-B on activities of enzymes of secondary phenolic metabolism in barley primary leaves. Physiol Plant 93:734–739 Middleton EM, Teramura AH (1993) The role of flavonol glycosides and carotenoids in protecting soybean from ultraviolet-B damage. Plant Physiol 103:741–752 Nesi N, Jond C, Debeaujon I, Caboche M, Lepiniec L (2001) The Arabidopsis TT2 gene encodes an R2R3 MYB domain protein that acts as a key determinant for proanthocyanidin accumulation in developing seed. Plant Cell 13:2099–2114 Noda KI, Glover BJ, Linstead P, Martin C (1994) Flower colour and intensity depends on specialized cell shape controlled by a Myb-related transcription factor. Nature 369:661–664 Ohlrogge J, Benning C (2000) Unraveling plant metabolism by EST analysis. Curr Opin Plant Biol 3:224–228 Park JS, Kim JB, Hahn BS, Kim KH, Ha SH, Kim JB, Kim YH (2004) EST analysis of genes involved in secondary metabolism in Camellia sinensis (tea), using suppression subtractive hybridization. Plant Sci 166:953–961 Quattrocchio F, Wing J, Van Der Woude K, Souer E, de Vetter N, Mol J, Koes R (1999) Molecular analysis of the anthocyanin 2 gene of petunia and its role in the evlution of flower color. Plant Cell 11:1433–1444 Shelton D, Leach D, Baverstock P, Henry R (2002) Isolation of genes involved in secondary metabolism from Melaleuca alternifolia (Cheel) using expressed sequence tags (ESTs). Plant Sci 162:9–15 Spelt C, Quattrocchio F, Mol J, Koes R (2000) Anthocyanin 1 of petunia encodes a basic helix-loop-helix protein that directly activates transcription of structural anthocyanin genes. Plant Cell 12:1619–1631 Stapleton AE (1992) Ultraviolet radiation and plants: burning questions. Plant Cell 4:1353–1358 Strid A (1993) Alteration in expression of defence genes in Pisum sativum after exposure to supplementary ultraviolet-B radiation. Plant Cell Phys 34:949–953 Suesslin C, Frohnmeyer H (2003) An Arabidopsis mutant defective in UV-B light-mediated responses. The Plant J 33:591–601 T.A.G. Initiative (2000) Analysis of the genome sequence of the flowering plant Arabidopsis thaliana. Nature 408:796–815 Wade HK, Bibikova TN, Valentine WJ, Jenkins GI (2001) Interactions within a network of phytochrome, cryptochrome and UV-B phototransduction pathways regulate chalcone synthase gene expresssion in Arabidopsis leaf tissue. Plant J 25:675–685 Wellman E (1983) UV radiation in photomorphogenesis. In: Shropshire W, Mohr H (eds) Encyclopedia of plant physiology NS, vol XVI(B). Photomorphogenesis. Springer-Verlag, Berlin, pp 745–756 Wellmann E (1975) UV dose-dependent induction of enzymes related to flavonoid biosynthesis in cell suspension cultures of parsley. FEBS Lett 51:105–107