BrGSTF12 基因：调控紫薹花青素积累的关键 “密码”，为作物改良开启新篇

《BMC Plant Biology》：BrGSTF12, an anthocyanin-related glutathione S-transferase gene, is essential for light-induced anthocyanin accumulation in zicaitai (Brassica Rapa Var. purpuraria)

为探究紫薹（Brassica rapa var. purpuraria）花青素积累机制，广东农科院等研究人员开展转录组分析等研究。结果表明 BrGSTF12 和 BrMYB114 在光诱导花青素积累中起关键作用，该研究为作物育种提供了理论依据。

　　在植物的奇妙世界里，紫色的蔬菜总是格外引人注目，紫薹便是其中之一。它不仅口感独特，还富含花青素，这种天然色素不仅赋予植物缤纷色彩，还对人体健康有着诸多益处，比如抗氧化、降低患癌风险等。然而，紫薹中花青素积累的分子机制却一直是个未解之谜，这也限制了相关作物的育种和品质改良。为了揭开这一神秘面纱，广东 Key Laboratory for New Technology Research of Vegetables、Vegetable Research Institute、Guangdong Academy of Agricultural Sciences 以及 College of Horticulture、South China Agricultural University 的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为我们理解花青素积累机制和作物遗传改良提供了新的视角。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先是转录组分析，对 0 小时光照（黑暗）和 8 小时光照处理的紫薹进行 RNA 测序（RNA-seq），全面获取基因表达信息；接着通过实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）验证基因表达水平；此外，还进行了功能互补实验，将 BrGSTF12 基因导入拟南芥 tt19 突变体中，探究其功能；利用双荧光素酶报告实验分析转录因子对基因表达的调控作用。
研究结果如下：

1. 表型特征与光的影响：光照对紫薹花青素积累至关重要。实验发现，连续 5 天黑暗处理后紫薹茎变白，而 8 小时光照后茎从白色变为浅紫色，且 8 小时光照下幼苗茎中的花青素含量显著更高。
2. 转录组序列质量分析：构建 0 小时和 8 小时光照处理茎的 cDNA 文库并测序，每个样本获得 6.23Gb 干净数据，GC 含量在 47.45% - 47.65%，Q30 质量分数达 93.78% 以上，干净 reads 与参考基因组的比对率在 90.53% - 91.14%。
3. 差异表达基因（DEGs）的功能注释和富集分析：通过基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析，发现 DEGs 涉及多种生物过程、细胞组分和分子功能，且与花青素合成相关的苯丙烷生物合成和植物激素信号转导等通路显著富集。
4. 花青素生物合成相关基因：确定了 24 个在不同光照条件下差异表达的结构基因，如苯丙氨酸解氨酶（PAL）、4 - 香豆酸：辅酶 A 连接酶（4CL）等，其中 19 个结构基因在 8 小时光照处理下表达量更高，与紫薹茎的紫色着色相关。
5. 筛选差异表达的 GST 基因：在紫薹 73 个 GST 基因中，发现 22 个差异表达的 BrGST 基因，其中 BrGSTF12 基因在 8 小时光照下高表达，可能在花青素积累和运输中起关键作用。
6. 花青素定量和 BrGSTF12 的组织特异性表达：不同组织中花青素含量不同，从高到低依次为茎外部＞幼叶＞老叶＞茎内部，BrGSTF12 表达水平与花青素含量呈正相关（R2=0.97 ）。
7. BrGSTF12 基因在拟南芥中的过表达：将 BrGSTF12 基因导入拟南芥 tt19 突变体，发现其可恢复突变体茎间花青素积累缺陷，但不能恢复种子中原花青素缺陷，表明 BrGSTF12 参与花青素运输，但与 AtGSTF12 功能有差异。
8. BrMYB114 激活 BrGSTF12 启动子：转录因子 BrMYB114 在 8 小时光照下表达量高于 0 小时，双荧光素酶实验表明其可激活 BrGSTF12 启动子，同时发现光信号关键组分 BrHY5 在 8 小时光照下表达量也更高，推测其可能参与光诱导花青素积累。
   研究结论和讨论部分指出，本研究验证了 BrMYB114 介导的 BrGSTF12 调控在光诱导紫薹花青素积累中起重要作用。BrGSTF12 是花青素积累和运输的关键调节因子，BrMYB114 作为关键转录因子激活 BrGSTF12 表达，二者协同调控花青素积累。然而，研究也存在局限性，如需要进一步通过直接结合实验（如 Y1H 或 EMSA）确认 BrMYB114 与 BrGSTF12 的调控关系，以及探究 BrHY5 对 BrGSTF12 表达的调控作用等。总体而言，该研究为深入理解花青素生物合成和运输的协调调控机制提供了新见解，为通过基因工程或选择性育种提高作物花青素含量提供了理论基础，对作物遗传改良和品质提升具有重要意义。