Hortic Res | 多组学联合分析揭示bHLH71-like正调节强光诱导辣椒黄化突变体的叶色黄化

叶色突变体广泛存在于各种高等植物中，是研究高等植物光合系统结构、叶绿素代谢和发育等一系列生理代谢过程的理想材料，也是遗传和育种研究中的重要标记。植物的颜色变化主要由色素和相关代谢成分决定，同时光照作为重要的环境因子影响植物的色素形成。现有研究大量关注黄化突变体叶绿体及叶绿素的发育代谢对突变体叶色变化的影响，重点在解析叶片为什么失绿的问题上。但对于失绿后为什么呈现黄色，而非白色，红色或紫色等生物学问题关注较少，其失绿后的黄色呈色机制尚不清晰。

2023年5月，Horticulture Research在线发表了湖南农业大学园艺学院蔬菜系邹学校院士研究团队题为A multi-omics approach identifies bHLH71-like as a positive regulator of yellowing leaf pepper mutants exposed to high-intensity light的研究论文。

为了更好地解析光照强度对辣椒突变体叶色黄化的调控机制，论文以辣椒光敏感突变体yl1及其野生型材料6421为研究对象，通过表型、激素组、代谢组和转录组的综合分析，以阐明该突变体在强光处理下由绿色向黄色转变的分子机制。研究结果表明，不同光照强度下辣椒黄化突变体及野生型叶片中共检测出28种类胡萝卜素，黄化突变体叶片中Phytoene、Phytofluene、lutein laurate、Antheraxanthin、Zeaxanthin在强光处理下显著积累，且随着光照强度的减弱在中光和弱光处理中含量显著下降。转录组分析发现突变体中类胡萝卜素生物合成相关基因对光照强度的变化表现得更加敏感。强光下辣椒叶片中VDE和LUT5显著上调，ZEP显著下调，这样的表达趋势会促进强光下突变体中Zeaxanthin和Antheraxanthin含量的显著升高，促使叶片发黄。相反，弱光下突变体中LCYB表达量的显著下降以及CrtZ-2表达量的显著升高导致了突变体中Lutein含量随着光强的减弱而逐渐升高，且LUT5和VDE的低表达显著降低了Antheraxanthin和Zeaxanthin的含量，叶片在弱光下呈现出绿色。我们还发现了一个bHLH转录因子家族基因bHLH71-like在yl1中差异表达并与光强正相关。bHLH71-like基因的沉默抑制了辣椒植株的黄化表型，减少了Zeaxanthin和Antheraxanthin的积累。我们认为，强光诱导的yl1黄色表型可能是由于黄色类胡萝卜素增加，同时叶绿素积累减少引起的。bHLH71-like基因对辣椒类胡萝卜素的生物合成具有正向调节作用。我们的研究结果对辣椒黄化突变体不同光强处理下叶色转变过程中的色素积累和调控机制做出了全面分析，为作物的改良和叶色的研究提供了参考。

图3 不同光照强度下黄化突变体类胡萝卜素生物合成相关基因和代谢物的比较分析

图6 CaVDE和bHLH71-like沉默株系类胡萝卜素相关基因表达和代谢物含量变化

图7 强光处理辣椒突变体黄化调控网络模型

湖南农业大学园艺作物种质创新与新品种选育教育部工程研究中心青年教师刘周斌和博士生研究生毛莲珍为论文共同第一作者，欧立军教授和杨莎助理研究员为论文通讯作者。本研究得到云南省科技厅项目、湖南省教育厅项目和湖南省重点研发项目等的资助。

文章链接：

‍https://doi.org/10.1093/hr/uhad098

转自：“园艺研究”微信公众号

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