青稞蓝粒花青素合成相关基因HvnGST的克隆及表达分析
周文燕 姚有华 吴昆仑 姚晓华

1青海大学，青海西宁，810016；

2青藏高原种质资源研究与利用实验室/青海省青稞遗传育种重点实验室/国家麦类改良中心青海青稞分中心，青海西宁，810016；

摘要：为挖掘青稞蓝粒花青素合成相关基因，该研究以‘蓝二棱’和‘白91-97-3’两个不同粒色的青稞品种为实验材料，通过前期转录组测序筛选青稞蓝粒花青素合成相关基因HvnGST，并进行了克隆；通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术分析了其在两个不同粒色品种的乳熟早期、乳熟晚期、软面团时期三个不同时期的表达模式。结果表明，HvnGST基因CDS长732 bp，编码243个氨基酸。启动子区域含有脱落酸、苯丙烷类次生代谢途径、Myb结合位点等顺式作用元件。HvnGST蛋白与大麦的亲缘关系最近，与燕麦亲缘关系最远，且具有GST_C_Tau和GST_N_Tau结构域。经预测发现，与其存在互作的有谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽S转移酶等。青稞HvnGST基因在不同组织的表达量结果表明，该基因在乳熟期表达量处于最高水平（P＜0.01）；青稞HvnGST基因在籽粒形成不同时期的表达量结果表明，‘蓝二棱’HvnGST基因的表达量在三个时期均极显著高于‘白91-97-3’（P＜0.01），且在乳熟晚期表达量最高（P＜0.01）。研究结果为进一步揭示青稞蓝粒花青素合成相关酶的调控机制提供了理论依据。

关键词：青稞；花青素；HvnGST；基因克隆；基因表达

参考文献

[1]郭本兆.青海经济植物志(全一册)[M].青海人民出版社，1987：701.

[2]王薇.青藏高原的青稞产业插上科技的翅膀[N].中国食品报，2022：01-26(004).

[3]冯朵，王靖，季晓娇，等.青稞功效成分和保健功能研究进展[J].食品科技，2020,45(09):57-61.

[4]华为，朱靖环，尚毅，等.有色大麦研究进展.植物遗传资源学报，2013，14(6)：1020-1024.

[5]杨希娟，党斌，徐菲，等.不同粒色青稞酚类化合物含量与抗氧化活性的差异及评价[J].中国粮油学报，2017，32(09)：34-42.

[6]Jin H.M，Dang B，Zhang W G， et al.Polyphenol and Anthocyanin Composition and Activity of Highland Barley with Different Colors[J].Molecules，2022,27,3411.

[7]苏乐平，姚晓华，吴昆仑，等. 大麦(青稞)籽粒颜色相关研究进展[J]. 江苏农业科学，2019，47(18)：70-74.

[8]张帅.彩色青稞的功能成分分析及粒色基因的分子标记[D].青海西宁：青海大学，2017.

[9]戴思兰,洪艳.基于花青素苷合成和呈色机理的观赏植物花色改良分子育种[J].中国农业科学，2016，49(03)：529-542.

[10]李春阳，许时婴，王璋.DPPH法测定葡萄籽原花青素清除自由基的能力[J].食品与生物技术学报，2006，(02)：102-106.

[11]苏培森，隋超，颜君，等.不同小麦品种花青素含量多样性及其合成基因表达分析[J].山东农业科学，2022，54(12)：9-17.

[12]金雪花，洪艳，黄河，等.瓜叶菊谷胱甘肽转移酶基因GST的分离及表达分析[J].园艺学报，2013，40(06)：1129-1138.

[13]Marrs K A , Alfenito M R , Lloyd A M ,et al.A glutathione S-transferase involved in vacuolar transfer encoded by the maize gene[J].Nature，2024-12-16.

[14]Zhao Y W,Wang C K,Huang X Y, et al.Genome-Wide Analysis of the Glutathione S-Transferase (GST) Genes and Functional Identification of MdGSTU12 Reveals the Involvement in the Regulation of Anthocyanin Accumulation in Apple. Genes (Basel). 2021，12(11)：1733.

[15]Kitamura S，Akita Y，Ishizaka H，et al. Molecular characterization of an anthocyanin-related glutathione S-transferase gene in cyclamen[J]. J Plant Physiol. 2012，169(6)：636-42.

[16]姚晓华，王越，安立昆，等.青稞HvtAGO1基因的克隆及其在条纹病胁迫下的表达[J].西北植物学报，2021，1(01)：20-28.

[17]苏乐平，姚晓华，安立昆，等.黑粒青稞HvtUF3GT基因的克隆与表达分析[J].西北植物学报，2019，39(10)：1750-1757.

[18]Zhang L，Su W Q，Tao R，et al. RNA Sequencing provides insights into the evolution of lettuce and the regulation of flavonoid biosynthesis[J]. Nature Communications，2017，8(1)：2264.

[19]王姗姗，刘小娇，胡赟，等.西藏地区不同粒色青稞多酚及花青素含量分析[J].现代农业科技，2020，(19)：217-220.

[20]张毅，东强，冯西博，等.不同粒色大麦花青素含量与籽粒颜色关系的研究[J].高原农业，2022，6(03)：213-219.

[21]李琳玲，程华，陈小玲，等.银杏类黄酮3’羟化酶基因的克隆与表达分析[J].园艺学报，2015，42(04)：643-654.

[22]王燕，姚晓华，姚有华，等.青稞籽粒花青素合成相关基因HvnF3′M的克隆与表达分析[J].西北农业学报，2022，31(09)：1174-1184.

[23]王璐，戴思兰，金雪花，等.植物花青素苷转运机制的研究进展[J].生物工程学报，2014，30(06)：848-863.

[24]尹雨钦，徐欢欢，唐丽萍，等.不结球白菜GST基因家族的全基因组鉴定及花青素相关基因BcGSTF6的功能分析[J].中国农业科学，2024，57(16)：3234-3249.

[25]薛婷婷.GST调控草莓果实花青素积累的分子机理[D].安徽合肥：安徽农业大学，2019.

[26]Xu D，Dondup D，Dou T，et al. HvGST plays a key role in anthocyanin accumulation in colored barley[J]. Plant J. 2023，113(1)：47-59.

[27]李文静，张新业，王佳音，等.番茄SlPP2C67启动子克隆及表达分析[J].基因组学与应用生物学，2023，42(06)：593-600.

[28]Hu W，Chen Y，Xu Z，et al. Natural variations in the Cis-elements of GhRPRS1 contributing to petal col Tang Q，Chi F M，Liu H D，et al. Single-Molecule Real-Time and Illumina Sequencing to Analyze Transcriptional Regulation of Flavonoid Synthesis in Blueberry[J]. Front Plant Sci. 2021 30;12:754325.

[29]our diversity in cotton[J]. Plant Biotechnol J. 2024，22(12)：3473-3488.

[30]陈林.青稞紫粒花青素合成相关MBW复合物的筛选及功能研究[D].青海西宁：青海大学，2023.

[31]李梦灵.CmMYBs转录因子调控菊花花青素苷依光合成的分子机制[D].北京：北京林业大学，2022.

[32]李春阳，许时婴，王璋.DPPH法测定葡萄籽原花青素清除自由基的能力[J].食品与生物技术学报，2006，(02)：102-106.

[33]Eichenberger, M., Schwander, T., Hüppi, S. et al. The catalytic role of glutathione transferases in heterologous anthocyanin biosynthesis. Nat Catal 6, 927–938 (2023). https://doi.org/10.1038/s41929-023-01018-y.