多星韭AwDFRs基因克隆及表达分析

doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2025.10.004

草地学报 ›› 2025, Vol. 33 ›› Issue (10): 3165-3172.DOI: 10.11733/j.issn.1007-0435.2025.10.004

• 研究论文 • 上一篇

多星韭AwDFRs基因克隆及表达分析

林颖^1,3, 谭圆圆³, 饶英³, 黄覃², 汪波⁴, 彭婷², 刘国锋¹

1. 广州市林业和园林科学研究院, 广东广州 510405;
2. 华中农业大学生命科学技术学院, 湖北武汉 430070;
3. 贵州大学农学院, 贵州贵阳 550025;
4. 华中农业大学植物科学技术学院, 湖北武汉 430070

收稿日期:2024-12-18 修回日期:2025-03-25 发布日期:2025-10-17
通讯作者: 刘国锋,E-mail:gfliu@mail.hzau.edu.cn;彭婷,E-mail:tpeng@mail.hzau.edu.cn
作者简介:刘国锋,E-mail:gfliu@mail.hzau.edu.cn;彭婷,E-mail:tpeng@mail.hzau.edu.cn
基金资助:
贵州省科技计划项目（黔科合基础-ZK[2022]一般095）；国家自然科学基金项目（32060365）；华中农业大学自主创新基金（2662022YJ019）资助

Cloning and Expression Analysis of AwDFRs in Himalayan Onion （Allium wallichii）

LIN Ying^1,3, TAN Yuan-yuan³, RAO Ying³, HUANG Qin², WANG Bo⁴, PENG Ting², LIU Guo-feng¹

1. Guangzhou Institute of Forestry and Landscape Architecture, Guangzhou, Guangdong Province 510405, China;
2. College of Life Science Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei Province 430070, China;
3. College of Agriculture, Guizhou University, Guiyang, Guizhou Province 550025, China;
4. College of Plant Science Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei Province 430070, China

Received:2024-12-18 Revised:2025-03-25 Published:2025-10-17

摘要/Abstract

摘要： 二氢黄酮醇4-还原酶（Dihydroflavonol 4-reductase，DFR）是花青素合成通路上的关键酶，其表达与花青素积累及花色呈现密切相关。为了探究DFR基因与多星韭（Allium wallichii）花色形成的关系，以紫花和白花多星韭为研究材料，利用RT-PCR技术克隆其DFR基因，并进行表达分析。结果克隆得到4条DFR等位基因，称作AwDFRs，包括紫花中的AwDFR-P1，AwDFR-P2和白花中的AwDFR-W1，AwDFR-W2；AwDFRs基因的开放阅读框均为1155 bp，编码384个氨基酸。序列比对分析表明，AwDFRs蛋白含有完全相同的NADPH保守结构域和底物特异性结合结构域。系统进化树分析表明，AwDFRs蛋白与洋葱DFR亲缘关系最近。qRT-PCR结果显示，AwDFRs在花瓣中的表达量显著高于其他组织，且在粉色、紫色和深紫色多星韭花中，随着花瓣发育和着色过程，AwDFRs的表达量逐渐升高；而在白花多星韭的整个花发育阶段，AwDFRs几乎都不表达。以上结果表明，多星韭花色差异形成的原因可能与AwDFRs基因的差异表达有关。AwDFRs在多星韭花青素合成积累过程中可能扮演着重要角色。

关键词: 多星韭, 二氢黄酮醇4-还原酶, 基因克隆, 表达分析, 花青素

Abstract: Dihydroflavonol 4-reductase （DFR） is a key enzyme in the anthocyanin synthesis pathway， and its expression is closely related to anthocyanin accumulation and flower colors. To explore the relationship between the DFR gene and flower colors in Allium wallichii， the purple and white flowers were used as materials， and DFR was cloned by RT-PCR and its expression pattern was analyzed. Four DFR allelic genes， called AwDFRs， were cloned， including two alleles AwDFR-P1 and AwDFR-P2 in the purple flowers， and two alleles AwDFR-W1 and AwDFR-W2 in the white flowers. Open reading frames （ORF） of all AwDFRs were 1155 bp， encoding 384 amino acids. Sequence alignment analysis revealed that the AwDFRs protein contained exactly the same NADPH conserved domains and substrate-specific binding domains. Phylogenetic tree analysis indicated that the AwDFRs were most closely related to onion DFR. The qRT-PCR results showed that expression of AwDFRs in petals was significantly higher than that in other tissues， and their expression increased with petal development and coloration in the pink， purple and deep purple flowers； However， AwDFRs were almost not expressed during the flower development stage in white flowers. The above results suggested that the different flower colors might be related to the differential expression of AwDFRs in A. wallichii. AwDFRs might play an important role in the anthocyanin synthesis and accumulation in A. wallichii.

Key words: Allium wallichii, Dihydroflavonol 4-reductase, Gene cloning, Expression analysis, Anthocyanins

中图分类号:

S682.1+9

林颖, 谭圆圆, 饶英, 黄覃, 汪波, 彭婷, 刘国锋. 多星韭AwDFRs基因克隆及表达分析[J]. 草地学报, 2025, 33(10): 3165-3172.

LIN Ying, TAN Yuan-yuan, RAO Ying, HUANG Qin, WANG Bo, PENG Ting, LIU Guo-feng. Cloning and Expression Analysis of AwDFRs in Himalayan Onion （Allium wallichii）[J]. Acta Agrestia Sinica, 2025, 33(10): 3165-3172.

参考文献

[1] 刘玥，李月庆，孟祥宇，等. 大花君子兰查尔酮合酶基因CmCHS的克隆及其功能验证[J]. 园艺学报，2021，48（10）:1847-1858
[2] LI X L，FAN J Z，LUO S M，et al. Comparative transcriptome analysis identified important genes and regulatory pathways for flower color variation in Paphiopedilum hirsutissimum[J]. BMC Plant Biology，2021，21（1）:495
[3] TANAKA Y，SASAKI N，OHMIYA A. Biosynthesis of plant pigments: anthocyanins， betalains and carotenoids[J]. The Plant Journal，2008，54（4）:733-749
[4] GROTEWOLD E. The genetics and biochemistry of floral pigments[J]. Annual Review of Plant Biology，2006（57）:761-780
[5] WATANABE K，KOBAYASHI A，ENDO M，et al. CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of the dihydroflavonol-4-reductase-B （DFR-B） locus in the Japanese morning glory Ipomoea （Pharbitis） nil[J]. Scientific Reports，2017，7（1）:10028
[6] QIN S J，LIU Y T，CUI B Q，et al. Isolation and functional diversification of dihydroflavonol 4-Reductase gene HvDFR from Hosta ventricosa indicate its role in driving anthocyanin accumulation[J]. Plant Signaling Behavior，2022，17（1）:2010389
[7] 李琴琴，董山榕，罗建让，等. 卵叶牡丹PqDFR和PqANS及启动子克隆与功能分析[J]. 园艺学报，2024，51（6）:1256-1272
[8] ZHU Y，PENG Q Z，LI K G，et al. Molecular cloning and functional characterization of a dihydroflavonol 4-reductase from Vitis bellula[J]. Molecules，2018，23（4）:861
[9] WANG L，ZHU Y，WANG P，et al. Functional characterization of a dihydroflavanol 4-reductase from the fiber of upland cotton （Gossypium hirsutum）[J]. Molecules，2016，21（2）:32
[10] RUAN H X，SHI X X，GAO L P，et al. Functional analysis of the dihydroflavonol 4-reductase family of Camellia sinensis: exploiting key amino acids to reconstruct reduction activity[J]. Horticulture Research，2022，9:uhac098
[11] 杨宁宁. 金线莲花青素DFR基因筛选与克隆及功能分析[D]. 杭州:浙江农林大学，2021:59-60
[12] 霍冬敖，田瑞丰，任永权，等. 基于UPLC-MS/MS技术的野生及栽培韭菜籽的代谢组学研究[J]. 广西植物，2022，42（12）:1995-2006
[13] BHANDARI J，MUHAMMAD B T，THAPA P，et al. Study of phytochemical， anti-microbial， anti-oxidant， and anti-cancer properties of Allium wallichii[J]. BMC Complementary and Alternative Medicine，2017，17（1）:102
[14] IQBAL J，ABBASI B A，BATOOL R，et al. Potential phytocompounds for developing breast cancer therapeutics: Nature’s healing touch[J]. European Journal of Pharmacology，2018，827:125-148
[15] 张宇澄，周颂东，任海燕，等. 中国西南葱属10种20居群的核型研究[J]. 武汉植物学研究，2009，27（4）:351-360
[16] 唐汉青，王晓月，张子楠，等. 多星韭（Allium wallichii）的传粉生态学初探[J]. 广西植物，2020，40（11）:1613-1622
[17] LIN Y，LIU G F，RAO Y，et al. Identification and validation of reference genes for qRT-PCR analyses under different experimental conditions in Allium wallichii[J]. Journal of Plant Physiology，2023，281:153925
[18] 陈叶妮. 月季RhMYB114和RhMYB16调控花青素合成及花瓣细胞pH的分子机制[D]. 杭州:浙江农林大学，2024:1-2
[19] YU T T，HAN G J，LUAN Z H，et al. Functional analysis of genes GlaDFR1 and GlaDFR2 encoding dihydroflavonol 4-reductase （DFR） in Gentiana lutea L. var. Aurantiaca （M. Laínz） M. Laínz[J]. BioMed Research International，2022，2022:1382604
[20] 叶王斌. 4种鸢尾花差异呈色的物质基础及DFR基因花色调控功能研究[D]. 哈尔滨:东北林业大学，2023:62-66
[21] FORKMANN G，RUHNAU B. Distinct substrate specificity of dihydroflavonol 4-reductase from flowers of Petunia hybrida[J]. Zeitschrift für Naturforschung C，1987，42（9-10）:1146-1148
[22] LIU X Q，XIANG M，FAN Y F，et al. A root-preferential DFR-like gene encoding dihydrokaempferol reductase involved in anthocyanin biosynthesis of purple-fleshed sweet potato[J]. Frontiers in Plant Science，2017，8:279
[23] JOHNSON E T，RYU S，YI H，et al. Alteration of a single amino acid changes the substrate specificity of dihydroflavonol 4-reductase[J]. The Plant Journal，2001，25（3）:325-333
[24] SUN W，ZHOU N N，WANG Y H，et al. Characterization and functional analysis of RdDFR1 regulation on flower color formation in Rhododendron delavayi[J]. Plant Physiology and Biochemistry， 2021， 169: 203-210
[25] 朱熠辰，薛惠敏，周琪，等. 乳白石蒜LaDFR1基因及启动子克隆与功能研究[J]. 农业生物技术学报，2023，31（7）:1396-1404
[26] 王海菊，陈晓涓，李拓键，等. 不同花色绿绒蒿DFR基因克隆及表达分析[J]. 华北农学报，2024，39（3）:88-95
[27] 王疆然，王玉芬，王舒婷，等. 不同花色黄芩中dfr基因的克隆及时空表达分析[J]. 生物工程学报，2021，37（4）:1312-1323
[28] JAAKOLA L. New insights into the regulation of anthocyanin biosynthesis in fruits[J]. Trends in Plant Science，2013，18（9）:477-483
[29] FENG X，ZHANG Y T，WANG H，et al. The dihydroflavonol 4-reductase BoDFR1 drives anthocyanin accumulation in pink-leaved ornamental kale[J]. Theoretical and Applied Genetics，2020，134（1）:159-169
[30] 王海竹，曲红云，周婷婷，等. 茄萼花色苷合成相关基因DFR和MYB克隆及表达分析[J]. 中国农业科学，2017，50（14）:2781-2792

多星韭AwDFRs基因克隆及表达分析

Cloning and Expression Analysis of AwDFRs in Himalayan Onion （Allium wallichii）

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	夏青青, 艾晔, 曾丽萍, 晁跃辉. 匍匐翦股颖GIGANTEA基因克隆、亚细胞定位及表达分析[J]. 草地学报, 2025, 33(9): 2777-2785.
[2]	柴艺, 饶鑫媛, 袁璐瑶, 王鹤潼, 张博宁, 苗彦军, 曹仲华, 杨培志, 呼天明, 付娟娟. 西藏野生垂穗披碱草CnCOR410基因克隆及表达分析[J]. 草地学报, 2025, 33(7): 2090-2098.
[3]	曾雨, 祝建刚, 杜雨, 刘筠, 贾西贝, 郭咏淳, 马瑞, 马彦军. 黑果枸杞GATA转录因子家族鉴定与生物信息学分析[J]. 草地学报, 2025, 33(6): 1724-1735.
[4]	张岩, 陈崎, 代蕊, 李建伟, 边林, 张志强. 紫花苜蓿MsTIFY77基因克隆及表达分析[J]. 草地学报, 2025, 33(3): 719-727.
[5]	艾芊, 云岚, 任晓敏, 姚娜. 新麦草独脚金内酯合成相关基因CCD7的克隆及表达分析[J]. 草地学报, 2025, 33(2): 382-390.
[6]	何军刚, 李昕蓉, 魏小成, 谢耀慧, 谢鑫明, 李成义. 红芪HpC4H基因的克隆及其铁盐干预下的表达分析[J]. 草地学报, 2024, 32(9): 2749-2758.
[7]	杜洋, 张智韦, 陆爽, 刘雪, 李大勇, 徐朝阳, 王晨晨, 许立新, 张彬. 菊苣TCP基因家族鉴定与分析[J]. 草地学报, 2024, 32(8): 2428-2439.
[8]	代蕊, 陈崎, 爽爽, 张岩, 张志强, 米福贵. 紫花苜蓿MsJAR1基因克隆及表达分析[J]. 草地学报, 2024, 32(5): 1370-1377.
[9]	姚娜, 云岚, 艾芊, 任晓敏, 周成美, 李博华. 冬箭筈豌豆耐盐基因NHX1克隆及表达分析[J]. 草地学报, 2024, 32(5): 1401-1409.
[10]	余江弟, 李玉珠, 苗佳敏, 丁菲菲, 白小明, 牛奎举. 草地早熟禾BBML基因的克隆及表达模式分析[J]. 草地学报, 2024, 32(2): 396-408.
[11]	林平冬, 高龙, 陈鑫珠. 红象草花青素提取工艺优化及其抗氧化活性研究[J]. 草地学报, 2024, 32(12): 3988-3996.
[12]	吴瑞, 刘文辉, 梁国玲, 刘凯强, 琚泽亮. 燕麦AsGRAS36基因的克隆与表达分析[J]. 草地学报, 2024, 32(11): 3371-3382.
[13]	李艳茹, 董笛, 晁跃辉. 蒺藜苜蓿MtBOP的克隆、亚细胞定位及表达分析[J]. 草地学报, 2024, 32(10): 3026-3033.
[14]	陈阳, 黄小芹, 尤学, 于浩然, 刘殿辉, 赵清峰, 金一锋. 草地早熟禾转录因子PpMYB44基因克隆及非生物胁迫响应分析[J]. 草地学报, 2024, 32(10): 3062-3070.
[15]	苏浩天, 刘曼, 尹淑霞. 草地早熟禾PpMYB2基因的克隆、生物信息学及亚细胞定位分析[J]. 草地学报, 2024, 32(10): 3071-3079.