引言 

花青苷是植物三大色素之一，分布于叶片、花和果实等组织器官中，属于黄酮类化合物，经苯丙氨酸代谢途径合成。植物可食用组织器官中，尤其是果实中的花青苷在保持人体健康方面具有更高潜力。大量研究工作均表明，花青苷的生物合成受到以MYB转录因子为关键节点的调控[1]。促进果实花青苷生物合成的 MYB 激活子在多数物种中均有发现，包括葡萄中VvMYBA1和VvMYBA2，苹果中MdMYBA、MdMYB1和MdMYB10 (图1左)，草莓中MYB10 (图1右)，猕猴桃中MYB10和MYB110 (图2)，桃中PpMYB10，血橙中Ruby1和Ruby2等。此外还发现了抑制果实花青苷生物合成的MYB抑制子，如草莓MYB1。

图1. 35S::MdMYB10过量表达苹果植株 (左[2]) 和35S::FaMYB10过量表达草莓植株 (右[3])。

图2. 35S::AcMYB10和35S::AcMYB110过量表达猕猴桃果实[4]。

果实花青苷代谢主要由MYB-bHLH-WD40转录因子复合体调控，其中以MYB研究最为广泛，其调控机制仍在逐步解析。本文结合近些年的研究发现进行部分总结，梳理了2022年度Horticulturae 期刊的花青苷相关论文，并讨论了调控功能与基因功能的差异。

序列变化引起的MYB调控效应变化

基因的序列变化引起功能变化，在MYB调控果实花青苷生物合成的进程中被数次报道。根据变化序列的位置不同，主要可分为启动子序列的变化和编码序列的变化。同一基因不同的序列变化形式，会引起截然相反的功能变化。例如，Castillejo等综合分析了不同色泽类型的12种二倍体草莓 (Fragaria vesca, Fv) 和7种八倍体草莓 (F.×ananassa, Fa) 果实，发现所有的色泽变化类型均由MYB10转录因子的突变所致：启动子序列中插入类CACTA转座子形成的等位基因MYB10-2，促进果实花青苷积累的效应更强，是红色果肉草莓果实形成的分子基础；而白色果肉果实的形成则是由于发生在MYB10编码序列的3种不同类型变化，导致MYB10的功能缺失型突变[5] (图3)。Espley等发现，苹果MdMYB10启动子序列中5个随机重复的23 bp motif的插入，引起MdMYB10的自我激活效应，进而促进红肉苹果果实花青苷的积累[2]。Kobayashi等则发现，逆转座子插入抑制VvmybA1表达，是白色葡萄品种无法积累花青苷的分子基础[6]。

图3. 11种白色果实的Fv中发现多种FvMYB10基因的突变类型[5]。

ncRNA-转录因子模块参与果实花青苷的调控

除转录因子外，非编码RNA (noncoding RNAs, ncRNAs) 同样是参与基因调控的重要因子。ncRNAs包括lncRNAs (long ncRNAs) 和sncRNAs (small ncRNAs)，其中sncRNAs包括miRNAs (microRNAs) 和siRNAs (small interfering RNAs)。研究发现，ncRNAs可直接或间接影响MYB调控果实花青苷生物合成的效应，例如miR156a抑制LcMYB1的互作基因LcSPL1的转录丰度，进而影响LcMYB1调控荔枝果实花青苷的积累；TAS4-siR81(-) 被预测到可靶向苹果花青苷调控相关的3个MYB和1个bHLH。

ncRNA和不同转录因子间还存在层级调控，进而参与果实花青苷生物合成的转录调控。Ma等[7]聚焦光诱导果实花青苷积累的分子生物学机制，基于Hi-C测序和苹果愈伤组织遗传转化等技术，发现了MdWRKY1-MdLNC499-MdERF109转录模块在早期光诱导苹果花青苷生物合成的转录调控中的关键作用。结果显示，MdERF109靶向结合并诱导花青苷合成相关基因 (MdCHS、MdUFGT和MdbHLH3) 表达，其自身表达则被lncRNA MdLNC499诱导；可快速响应光照的MdWRKY1通过结合MdLNC499启动子序列中W-box元件增强其表达，进而增强MdERF109促进花青苷积累的效应 (图4)。

图4. MdWRKY1-MdLNC499-MdERF109转录模块调控早期光诱导苹果花青苷积累的模型图[7]。

不同ncRNA-转录因子模块在果实不同组织花青苷差异积累的进程中起着关键作用。Wang等[4]基于MYB10和MYB110转基因猕猴桃果实的表型差异——分别呈现了红心 (MYB10) 和红肉 (MYB110) 的表型 (图2)，以及它们的转录模式差异结合小RNA组分析发现，MYB110特异性受到phasiRNA Ac-TAS4 D4(-) 的剪切，进而显著降低其促进花青苷生物合成的能力；MYB10则逃避了Ac-TAS4 D4(-) 的剪切，但在外果肉中却受到miR156/miR160/miR171/miR394靶基因SPL13、ARF16、SCL6等的抑制，降低其促进花青苷生物合成的能力 (图5)。

图5. MYB诱导果实花青苷合成的激活-抑制系统[4]。

Horticulturae 期刊近两年果实花青苷研究的部分论文

截至2022年8月29日，在Web of Science中以主题词anthocyanin和fruit检索近5年的研究论文，共获得了9975条记录，这表明花青苷研究仍是果实品质研究的热点之一。近两年，Horticulturae 期刊已发表的部分果实花青苷研究相关论文：

1. PpMYB39 Activates PpDFR to Modulate Anthocyanin Biosynthesis during Peach Fruit Maturation (Horticulturae 2022, 8, 332. https://doi.org/10.3390/horticulturae8040332)

2. Transcriptome Co-Expression Network Analysis Identifies Key Genes and Regulators of Sweet Cherry Anthocyanin Biosynthesis (Horticulturae 2021, 7, 123; https://doi.org/10.3390/horticulturae7060123)

3. Analysis of Light-Independent Anthocyanin Accumulation in Mango (Mangifera indica L.) (Horticulturae 2021, 7, 423; https://doi.org/10.3390/horticulturae7110423)

4. Beyond Purple Tomatoes: Combined Strategies Targeting Anthocyanins to Generate Crimson, Magenta, and Indigo Fruit (Horticulturae 2021, 7, 327; https://doi.org/10.3390/horticulturae7090327)

5. Spatial and Temporal Enhancement of Colour Development in Apples Subjected to Reflective Material in the Southern Hemisphere (Horticulturae 2021, 7, 2; https://doi.org/10.3390/horticulturae7010002)

6. Evaluation of Morphological, Qualitative, and Metabolomic Traits during Fruit Ripening in Pomegranate (Punica granatum L.) (Horticulturae 2022, 8, 384; https://doi.org/10.3390/horticulturae8050384)

讨论：调控功能与基因功能

总体而言，关于果实花青苷相关基因已有大量报道，且调控机制也陆续清晰，但具有调控功能是否可与基因功能划等号，仍有待商榷。如图2所示，利用两个已报道的猕猴桃花青苷相关MYB基因，进行了转基因功能验证，发现两个调控花青苷代谢的基因呈现了不同功能。类似的，苹果中也报道了调控果实不同组织花青苷积累的关键转录因子。受限于转基因体系，大量具有调控效应的基因仍缺乏有效功能验证，这限制了此类基因的后续开发利用。

参考文献

[1] Andrew C. Allan, et al. Laing. MYB transcription factors that colour our fruit. 2008, Trends in Plant Science, 13: 99-102.

[2] Espley R.V., et al. Multiple Repeats of a Promoter Segment Causes Transcription Factor Autoregulation in Red Apples. 2009, The Plant Cell, 21: 168-183.

[3] Lin-Wang Kui, et al. An R2R3 MYB transcription factor associated with regulation of the anthocyanin biosynthetic pathway in Rosaceae. 2010, BMC Plant Biology, 10: 50.

[4] Wang WQ, et al. The red-flesh of kiwifruit is differentially controlled by specific activation-repression systems. 2022, New Phytologist, 235: 630-645.

[5] Cristina Castillejo, et al. Allelic Variation of MYB10 Is the Major Force Controlling Natural Variation in Skin and Flesh Color in Strawberry (Fragaria spp.) Fruit. 2020, The Plant Cell, 32: 3723-3749.

[6] Shozo Kobayashi, et al. Retrotransposon-Induced Mutations in Grape Skin Color. 2004, Science, 304, 14.

[7] Ma HY, et al. The long noncoding RNA MdLNC499 bridges MdWRKY1 and MdERF109 function to regulate early-stage light-induced anthocyanin accumulation in apple fruit. 2021, The Plant Cell, 33: 3309-3330.

撰稿人：殷学仁

 专栏简介 

“晓果仁”专栏由Horticulturae 期刊编委殷学仁教授 (浙江大学) 主持。该专栏旨在对Horticulturae 期刊的典型论文进行点评与推荐，同时关注果树研究的最新进展。

专栏编辑

殷学仁 教授

浙江大学农业与生物技术学院

浙江大学农业与生物技术学院教授、博士生导师。曾先后承担国家自然科学基金 (优秀青年基金、面上项目、青年基金)、国家重点研发计划课题、公益性 (农业) 行业专项 (课题)、霍英东教育基金会青年教师基金、973计划 (子课题)、863计划 (子课题)、浙江省自然科学基金 (杰出青年基金)、教育部博士点基金等基金项目。

研究兴趣：果实发育与品质、果实采后生物学与技术、果树与环境响应、植物激素及其相互作用、分子生物学。

Horticulturae 期刊介绍

主编：Luigi De Bellis, University of Salento, Italy

期刊重点关注温带到热带园艺的所有领域以及相关学科，主题包括果树、蔬菜、花卉、苗圃和风景以及草药和香料作物等，研究涉及整个园艺供应链。

2021 Impact Factor：2.923

2021 CiteScore：1.8

Time to First Decision：15.9 Days

Time to Publication：36 Days