紫色果1（PURPLE FRUIT 1）和OsPa在稻米籽粒色素形成中的调控作用

《Rice》：Regulatory Roles of PURPLE FRUIT 1 and OsPa in Pigmentation of Rice Grain

　　

摘要

紫米长期以来因其健康益处而备受推崇，但其籽粒着色的分子机制尚未完全明了。先前的研究表明，一种bHLH基因OsB2在紫米胚乳中过度表达，导致其着色增强；而一种MYB基因OsMYB3在紫米中被敲除后会降低着色程度。然而，这些转录因子尚不足以解释为什么紫米的壳色会与胚乳的颜色独立变化。本文发现，有超过两种调控复合体（MYB/bHLH/WDR (MBW)）参与了紫米的籽粒着色过程。一个此前未被发现的MYB基因PURPLE FRUIT 1（PF1）和OsPa（bHLH）也参与了籽粒着色。它们与OsB2和OsMYB3一起，在紫米籽粒中形成冗余但具有差异性的MBW复合体，不仅调控花青素途径的相关基因，还调控原花青素途径中的OsLAR基因。在发育中的胚乳中，OsPF1和OsB2的共表达模式比OsMYB3和OsB2的共表达模式更能准确预测花青素的积累过程。通过CRISPR/Cas9技术破坏紫米中的OsPF1或OsPa会导致胚乳和壳的着色减少，其中OsPa对壳色的影响尤为显著。当OsPF1与OsTTG1结合形成MBW复合体时，在相同条件下，它比OsMYB3能更强烈地激活OsCHI基因，但对OsLAR基因的激活作用较弱。与紫米籽粒中显著增强的OsB2和OsPa表达水平相比，OsPF1和OsMYB3在相同发育阶段的转录水平在稻壳白粒和紫粒之间没有差异。这些新发现，加上已知的成果，有助于阐明紫米胚乳和壳的着色机制，可能为未来培育具有理想花青素含量的紫米品种提供指导，从而改善人类健康。