红花细胞色素P450家族的全面表征以及CtCYP41在黄酮类化合物生物合成和干旱响应中的作用

《BMC Plant Biology》：Comprehensive characterization of safflower cytochrome P450 family and the role of CtCYP41 in flavonoid biosynthesis and drought response

　　

摘要

背景

红花（Carthamus tinctorius L.）是一种经济作物，含有多种黄酮类化合物，由于其促进血液循环和缓解血瘀的治疗作用，这些化合物在制药和食品工业中得到广泛应用。尽管目前的研究已经初步阐明了红花的黄酮类化合物生物合成途径，并确认了细胞色素P450酶（CYPs）的参与，但对红花中CYP基因家族的全面鉴定和分析仍然缺乏。

结果

在本研究中，我们基于染色体的红花基因组系统地鉴定了317个CtCYP基因，并将其分为8个支系和41个家族。保守基序和基因结构分析进一步验证了这些基因的系统发育关系。启动子区域cis作用元件的预测表明，这些基因可能受到多种环境因素（如光和干旱）以及植物激素（包括脱落酸和甲基茉莉酸）的调控。共线性分析表明，串联重复事件可能是红花中该基因家族扩张的主要机制。通过整合不同花色和发育阶段红花的转录组及蛋白质组数据，我们鉴定出五个关键候选基因：CtCYP41、CtCYP100、CtCYP101、CtCYP119和CtCYP296。利用qRT-PCR进一步验证了这些基因的表达情况。亚细胞定位实验表明，CtCYP41定位于细胞质或细胞核周围，以及内质网中。功能验证显示，在拟南芥中过表达CtCYP41并在烟草中短暂表达后，显著提高了黄酮类化合物的含量和耐旱性，同时减少了活性氧（ROS）的产生。

结论

我们系统地鉴定并表征了红花中的CtCYP超家族成员。这些基因的cis作用元件和蛋白质结构多样性表明，红花中的P450参与了对多种环境因素的响应及功能分化。分子实验进一步证实，其中一个P450成员（CtCYP41）可能在黄酮类化合物合成、活性氧清除和抗旱反应过程中发挥积极作用。本研究为培育高黄酮含量和耐旱性的红花品种提供了理论基础和遗传资源。

背景

红花（Carthamus tinctorius L.）是一种经济作物，含有多种黄酮类化合物，由于其促进血液循环和缓解血瘀的治疗作用，这些化合物在制药和食品工业中得到广泛应用。尽管目前的研究已经初步阐明了红花的黄酮类化合物生物合成途径，并确认了细胞色素P450酶（CYPs）的参与，但对红花中CYP基因家族的全面鉴定和分析仍然缺乏。

结果

在这项研究中，我们基于染色体的红花基因组系统地鉴定了317个CtCYP基因，并将其分为8个支系和41个家族。保守基序和基因结构分析进一步验证了这些基因的系统发育关系。启动子区域cis作用元件的预测表明，这些基因可能受到多种环境因素（如光和干旱）以及植物激素（包括脱落酸和甲基茉莉酸）的调控。共线性分析表明，串联重复事件可能是红花中该基因家族扩张的主要机制。通过整合不同花色和发育阶段红花的转录组及蛋白质组数据，我们鉴定出五个关键候选基因：CtCYP41、CtCYP100、CtCYP101、CtCYP119和CtCYP296。利用qRT-PCR进一步验证了这些基因的表达情况。亚细胞定位实验表明，CtCYP41定位于细胞质或细胞核周围，以及内质网中。功能验证显示，在拟南芥中过表达CtCYP41并在烟草中短暂表达后，显著提高了黄酮类化合物的含量和耐旱性，同时减少了活性氧（ROS）的产生。

结论

我们系统地鉴定并表征了红花中的CtCYP超家族成员。这些基因的cis作用元件和蛋白质结构多样性表明，红花中的P450参与了对多种环境因素的响应及功能分化。分子实验进一步证实，其中一个P450成员（CtCYP41）可能在黄酮类化合物合成、活性氧清除和抗旱反应过程中发挥积极作用。本研究为培育高黄酮含量和耐旱性的红花品种提供了理论基础和遗传资源。