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植物花青素基因的克隆及应用———文献综述 3 包满珠 (华中农业大学林学系,武汉430070) 提　要　评述了近十年来有关植物花青素的基因克隆研究进展及其应用前景。植物花青 素代谢途径及其主要酶类的作用之研究已较为成熟,一大批调控植物花色的结构基因与调节基 因已被克隆。利用外源基因导入、反义基因及共抑制原理已培育出了新色系观赏植物品种。用 基因工程的方法培育蓝色月季的工作正在进行。利用结构基因和调节基因为创造新花色、植物 体彩化、植物生长发育及研究植物的花青素代谢等开辟了广阔前景。 关键词　花青素;结构基因;调节基因;克隆;应用 色彩是观赏植物最重要的特征之一。传统的杂交育种及定向选择在色彩育种中做出了 重大贡献。但是,传统育种有其局限性,在改变某一性状的目标育种中,难免伴随着其它性 状的改变,从而使育种周期较长,效率较低。基因工程为修饰和改良植物性状提供了巨大的 潜力和优越性,因而在近十年来一直是国际上研究的热点。通过世界各国科技工作者的努 力,在观赏植物花色、植物体形态、花态、花香及延长瓶插寿命等方面取得了重要进 展〔1 、30 、31〕。现就其中花青素代谢的结构基因与调节基因的克隆进展及其应用前景作一评 述。 1 　植物花青素基因的克隆 对花色素苷合成的遗传学研究起始于孟德尔对豌豆花色的遗传研究。早期的研究是将 基因位点与易于观察的色彩变异联系起来进行。近60 年来,对花色素代谢的遗传学和生物 化学进行了全面而深入的研究。在花色素苷及其它类黄酮物质的结构确定之后,才将单一 基因与相应的花色素苷对应起来。目前的研究主要围绕着花色素苷基因的突变进行。 玉米、金鱼草、矮牵牛等是研究植物花色素苷代谢途径并分离基因的重要物种。本世纪 80 年代末90 年代初,对植物的花色素苷代谢途径研究已较为成熟〔16〕。影响花色素苷代谢 的基因分为结构基因和调节基因。结构基因直接编码花色素苷代谢生物合成酶类,调节基 因控制结构基因表达的强度和程式。目前已有一些结构基因和调节基因被分离和克隆出 来。 1. 1 　结构基因克隆 利用蛋白质纯化、转座子标签、PCR 及鉴别筛选(differential screening) 等手段已从矮牵 牛、玉米、金鱼草中分离并克隆了许多结构基因,其中从矮牵牛中分离的最多〔20〕。 世界上第一例类黄酮生物合成基因是1983年采用鉴别筛选与杂交筛选相结合的方法从 ? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 欧芹中分离出来的〔22〕,两年之后,以欧芹CHS 基因为探针进一步分离出了矮牵牛CHS 基 因〔38〕。1987 年CHI 基因首先从法国豌豆(French bean) 中利用抗体技术分离出来〔27〕,一年 之后从矮牵牛中用抗血清方法分离出来〔43〕。1991 年利用鉴别筛选和基因图谱相结合的方 法从金鱼草中分离出了F3H 基因〔25〕,之后采用酶纯化方法从矮牵牛中分离出了该基因〔3〕, 1993 年又以矮牵牛F3H 基因为探针从香石竹、翠菊和紫罗兰中分离出了F3H 基因〔4〕。 1993 年,利用PCR 扩增技术从矮牵牛中分离出了F3’5’H 基因〔18〕。1985 年采用转座子标签 技术从玉米和金鱼草中分离出了DFR 基因〔33〕,1989 年以金鱼草DFR 基因为探针分离出了 矮牵牛DFR 基因〔2〕。1990 年采用转座子标签技术从玉米中分离出了ANS 基因〔28〕,之后又 先后从金鱼草和矮牵牛中分离出此基因〔25 、44〕。3GT 基因是1984 年采用转座子标签技术从 玉米中分离而来〔12 、14〕,1991 年以此基因为探针又从金鱼草中分离出3GT 基因〔25〕。AMT 基因也已于1993 年被克隆〔37〕。 1. 2 　调节基因克隆 调节基因克隆主要采用转座子标签技术,在已有基因分离的基础上,后来的分离工作大 多以已有的基因为探针来进行。目前已从玉米、金鱼草、矮牵牛的不同位点分离出了一些不 同的基因〔20〕。 目前克隆的此类基因多数来自玉米。自1988 年首次分离出了R 基因以来〔11〕,又先后 分离出R 族的其它基因S、Sn 和Lc〔24 、36 、40〕。除此之外,又先后分离出其它调节基因B、C1 、 Pl 和Vpl 等基因〔5 、7 、8 、26 、34 、35〕。1992 年Goodrich 等从金鱼草中采用转座子标签技术分离出 了Del 基因〔17〕,1994 年Quatt rocchio 等从矮牵牛中分离出An2 、An4 两个基因〔37〕。有趣的 是R、Sn、Lc 和B 基因之序列相似,C1 和Pl 基因也属同源;Del 基因与玉米R 族基因序列高 度相似;A