石榴bZIP基因家族

及其调控花青苷生物合成基因研究

石榴是古老的果树之一，其驯化史可追溯到公元前4000-3000年，栽培遍及世界各地不同的亚热带和热带小气候区，如中国、伊朗、美国、土耳其、埃及、意大利、印度、智利和西班牙，是一种具有很高食用和药用价值及保健功能的超级水果，深受大众喜爱，市场潜力巨大。

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石榴开遍透帘明。

目前，对石榴花青苷代谢的研究主要集中在果皮着色上，对观赏石榴花色的研究仍较为缺乏。bZIP（Basic leucine zipper）转录因子是植物生长和发育调节网络中最重要的部分，其通过与特异性启动子序列结合来激活或抑制基因表达。目前，已经在多种植物的全基因组范围内鉴定出bZIP转录因子基因，如拟南芥中有78个，葡萄中有55个，枣树中有45个，杨树中有45个等。大量研究表明，bZIP转录因子在植物的生长发育过程起着重要的调节作用，如种子的成熟与萌发，细胞伸长，花的诱导和发育等。

近日，南京林业大学林学院苑兆和教授课题组完成的题为“Genome-Wide Identification and Characterization of bZIP Gene Family and Cloning of Candidate Genes for Anthocyanin Biosynthesis in Pomegranate (Punica granatum)（石榴bZIP基因家族鉴定与特性及花青苷生物合成候选基因的克隆）”研究论文在BMC plant biology (IF=4.215)刊发。

原文链接：

https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-022-03560-6

该研究首先在石榴基因组中鉴定出65个bZIP基因家族成员，系统发育分析表明PgbZIP蛋白被划分为13个进化分支，同一分支的蛋白具有相似的基因结构，并且存在串联复制现象。与拟南芥的进化关系类似，进一步分析表明PgbZIP16和PgbZIP34为拟南芥AtHY5和AtHYH的同源基因，位于H组，能够促进花青苷积累。

石榴、巨桉和拟南芥bZIP基因家族系统发育树

作者从石榴混合cDNA中克隆出了PgbZIP16和PgbZIP34，开放阅读框分别为510 bp和522 bp，编码170和174个蛋白质。进化树分析表明，PgbZIP16和PgbZIP34属于HY5和HYH转录因子，在花青苷合成转录调控中起重要作用。当观赏石榴进入盛花期后，采集‘榴花红’、‘榴花粉’和‘榴花白’的花朵，qRT-PCR结果表明，在‘榴花红’花瓣中的基因表达量显著高于‘榴花粉’和‘榴花白’。亚细胞定位显示其定位于细胞核上。

PgbZIP16和PgbZIP34的克隆与亚细胞定位

为了验证PgbZIP16和PgbZIP34的功能 ，作者将连接pBI121超量表达载体的重组质粒转入烟草叶片。瞬时表达结果显示，随着PgbZIP16和PgbZIP34表达量的上调，烟草叶片花青苷含量显著增加。

烟草瞬时表达

沾花法转化拟南芥后，获得了PgbZIP16转基因阳性植株，GUS染色结果表明过表达的PgbZIP16幼苗在茎中表达。三个株系的拟南芥转基因阳性植株PgbZIP16基因表达量和花青苷含量显著高于野生型拟南芥，并且过表达PgbZIP16的拟南芥植株中UF3GT、ANS和DFR基因上调显著。

PgbZIP16对拟南芥花青苷积累的遗传调控

系统发育分析、基因结构和RNA-Seq数据的整合提供了石榴全基因组中bZIP性状和表达模式。对PgbZIP16和PgbZIP34基因的克隆、亚细胞定位和烟草瞬时表达以及PgbZIP16转基因拟南芥验证进行分析，为研究其在石榴花青苷积累中的生物学功能提供参考。