摘要：花色是观赏植物的重要性状, 创造新花色是花卉育种的主要目标之一。介绍了观赏植物花色素的种类、花色基因工程策略及其应用前景。
关键词：基因工程技术; 观赏植物; 花色;
近十年来, 我国的花卉产业迅速发展, 花卉消费已成为城市生活的新时尚, 产生的经济效益非常可观。花色、花香和花型是植物观赏性状的三大重要内容, 其中花色是观赏植物的一个重要品质特性, 花色的优劣直接关系到观赏植物的观赏价值和商业价值, 因此观赏植物花色基因工程的研究已经引起国内外的高度重视。
1 花卉色素的种类
花色是以花瓣色素为主体而呈现出来的, 一般分为三大类群。
第一类是黄酮类色素, 包括花青苷、黄酮、黄酮醇、苯基苯乙烯酮和噢口弄。花青苷是由花青素与糖苷结合形成的, 它能反映花的大部分红、紫、蓝和红紫的颜色, 而其它类黄酮则反映浅黄至深黄的颜色, 因此第一类色素可呈现从深红到红紫的全部颜色范围。
第二类是胡萝卜素类, 包括有红、黄、橙色素在内的色素类群, 存在于花瓣中的多为β-胡萝卜素和堇菜黄质, 它通常与噢口弄共同成色, 是玫瑰、郁金香、水仙、紫罗兰及百合等的黄色来源。
第三类是与生物碱有关的其它水溶性色素, 如甜菜素、罂粟碱和小檗碱等。甜菜素是生物碱, 存在于藜目植物中, 包括甜菜色素和甜黄质, 而罂粟碱和小檗碱均是生物碱的衍生物, 罂粟碱使罂粟属和绿绒蒿属的植物呈现黄色, 小檗碱则使小檗属的植物呈现深橙色。
2 花色基因工程策略
2.1 反义基因技术。
利用基因工程技术进行花色修饰的常用方法是反义抑制法, 即将所研究的反义链在另一个启动子后面, 再用它使花卉转化, 而转化产物转录成RNA后又与内源的互补m RNA结合, 使其不能合成蛋白质, 从而抑制靶基因的活性, 进而呈现不同的花色。
研究发现, 若将CHS的c DNA反向连接于Ca MV的35S启动子上, 同时连接双元载体Bin19, 使矮牵牛进行转化, 其花色则由紫红变成粉红并夹有白色。此外, 还发现反义导入PSY基因可抑制番茄类胡萝卜素的合成。
2.2 共抑制。
共抑制, 是通过导入一个或几个外源基因的额外拷贝, 达到抑制内源基因转录产物的积累, 进而抑制该内源基因表达的技术, 如将红色玫瑰变成粉红色, 粉红色香石竹变为浅粉红色。李艳等将chs A-uid A融合基因导入矮牵牛中, 得到了转基因株, 花色发生明显的改变, 共抑制率达100%。
2.3 核酶抑制。
核酶是具有酶活性的RNA分子, 能够特异性切断m RNA, 从而阻止其蛋白质的合成。该技术可以特异性的抑制类黄酮或类胡萝卜素等生物合成基因的表达, 从而改变花卉的颜色。
2.4 外源目的基因导入法。
外源目的基因导入法是指将欲修饰的供试株及其近缘种植物中原先不具有的一个或几个基因导入其中, 从而使该受体植物增加一个或几个新的性状。1987年Meyer等首次将源自玉米的编码DQR的A1基因导入矮牵牛白花突变体中, 产生了开砖红色花的矮牵牛。
2.5 插入合成转录调控因子。
插入合成的转录调控因子是指将花色素苷生物合成的许多转录因子克隆到植株中, 从而使受体植株呈现新的性状。例如, 通过在矮牵牛中插入合成转录调控因子, 使得在原来不产生花青素的组织中发现花青素的形成。
3 展望
21世纪花卉产业竞争是品种和技术的竞争, 掌握丰富的资源和先进的技术, 势必会在竞争中处于主动地位。
可以预见, 随着以基因工程为主、辅以传统育种的分子育种技术的发展, 建立完善的良好花卉组织培养体系, 培育具有较高观赏价值的花卉品种将不再是设想, 而将成为现实。中国野生花卉资源丰富, 但绝大多数未用于商业栽培, 通过基因工程技术改良其性状, 国产高品质花卉走向产业化、走向世界是不难实现的。
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