花青素作为植物里的色彩担当与防护小能手，既能让果实、花朵绽放从鲜红到深紫的绚丽色彩，拉高植物的观赏和经济价值，又能凭借抗氧化、抗逆境的特性，帮植物扛住恶劣环境，还对人类健康有益。
这么厉害的物质，其合成可不是“单打独斗”，从代谢通路来看，查尔酮合成酶（CHS）启动反应，经查尔酮异构酶（CHI）、黄烷酮3-羟化酶（F3H）等调控苷元种类，二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）、花青素苷元合成酶（ANS/LDOX）生成核心苷元，最后UDP-糖基转移酶（UGT）通过糖基化增强稳定性。调控上，R2R3-MYB是总指挥，与bHLH转录因子、WD40重复蛋白形成MBW复合物把控合成节奏；MADS-box转录因子和ABA、乙烯等激素还会打配合，根据果实发育阶段和环境变化调整合成时机。
花青素合成途径和调控模型
不同植物里，上述酶与转录因子的具体功能分化、光温信号与发育进程的协同机制，还有很多细节待探索。今天就通过三篇研究——非洲菊MYB、欧李bHLH、红花槭UGT的基因家族分析，看看它们在花青素合成与环境响应中到底怎么干活，帮大家摸清不同植物调控花青素的通用套路和专属技巧。
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一、非洲菊MYB基因家族研究
标题：Genome-wide identification and analysis of petal color related MYB transcription factor gene in Gerbera hybrida
译名：非洲菊花瓣颜色相关MYB转录因子基因的全基因组鉴定与分析
期刊：Industrial Crops and Products
影响因子：6.2（Q1 /1区）
发表时间：2025年5月
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.121284
研究背景：非洲菊（Gerberahybrida）Hongyun品种的双色花瓣（上层红、下层黄），是观赏性状研究的典型材料。MYB转录因子作为花青素合成核心调控因子，已在多种植物花色调控中证实发挥关键作用，但非洲菊MYB家族的系统鉴定与功能解析长期缺失，制约了对其双色表型分子机制的理解。
非洲菊花色特征、不同时期上下层花瓣花青素及类胡萝卜素的种类和含量
技术方法：基因家族分析+转录组差异分析+RT-qPCR+序列同源比对
1.MYB家族全基因组鉴定与分类：从非洲菊基因组中鉴定出319个GhMYB基因，依据结构域特征分为4类，其中R2R3-MYB亚家族含147个成员，占比近46%。系统发育分析显示，约75%的R2R3-MYB成员归属于VIII亚家族，推测该亚家族经历多次基因复制事件，可能参与非洲菊特有代谢调控，如双色花瓣形成。
非洲菊基因组上MYB基因分布
2.基因特征与表达调控元件：同一亚家族的GhMYB基因，其外显子-内含子结构、保守基序高度保守，其中基序2、6、1、3共同构成R2R3DNA结合域，保障了基因与靶基因启动子的结合功能。对启动子区域的分析发现，光响应元件（ACE、G-box）、激素响应元件（ABA、MeJA响应元件）广泛存在，这表明GhMYB基因可响应环境与激素信号，动态调控花青素的合成。
R2R3-MYBs motif分析
非洲菊R2R3-MYB基因顺式作用元件预测
3.双色花瓣关键基因筛选：结合转录组与RT-qPCR分析发现，GhMYB114在上层红色花瓣中高表达，且与花青素合成结构基因（F3H、DFR、ANS）的表达趋势一致，可驱动矢车菊素等花青素的积累；GhMYB24则在下层黄色花瓣中高表达，与类胡萝卜素合成通路相关联，二者表达模式相反，协同塑造了非洲菊的双色表型。
花青素合成结构基因、类胡萝卜素合成结构基因、R2R3-MYB基因表达水平分析
4.功能同源性验证：序列比对结果显示，GhMYB114与拟南芥AtMYB114（花青素激活因子）、玫瑰RhMYB114的同源性超过80%；GhMYB24与葡萄VvMYB24（类胡萝卜素调控因子）的序列高度保守。从进化角度佐证了二者的功能分工，即分别调控花青素与类胡萝卜素的合成。
GhMYB114、GhMYB24与其他植物同源基因序列比对；GhMYB114、GhMYB24表达水平
小结：本研究首次对非洲菊MYB基因家族进行系统解析，鉴定出319个家族成员并明确其分类，揭示出R2R3-MYB亚家族中的VIII亚家族可能参与非洲菊特有的代谢过程。通过表达分析锁定GhMYB114和GhMYB24两个关键基因，分别调控红色花瓣中花青素、黄色花瓣中类胡萝卜素的合成，同源比对进一步佐证了二者功能，为非洲菊双色表型分子机制的解析及花色育种提供了关键基因与理论依据。
二、欧李bHLH基因家族研究
标题：Genome-wide identification of the bHLH gene family and the mechanism regulation of anthocyanin biosynthesis by ChEGL1 in Cerasus humilis
译名：欧李bHLH基因家族全基因组鉴定及ChEGL1调控花青素合成的机制
期刊：International Journal of Biological Macromolecules
影响因子：8.5（Q1/2区）
发表时间：2024年12月
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.138783
研究背景：欧李是我国北方特有的矮生果树，其果实的花青素含量显著高于传统水果，但目前对其花青素合成的调控机制仍不明确。bHLH转录因子常与MYB、WD40形成MBW复合物，是花青素合成的关键调控模块，因此系统解析欧李bHLH家族的特征与功能，对挖掘欧李果实品质改良的靶点具有重要意义。
技术方法：基因家族分析+蛋白互作预测+蛋白互作验证（Y2H+Pull-down+BiFC+LCI）+亚细胞定位+过表达+RT-qPCR
1.bHLH家族全基因组鉴定与进化：从欧李基因组中鉴定出114个ChbHLH基因，依据与拟南芥bHLH基因的系统发育关系，将其分为17个亚家族。其中III-f亚家族的ChbHLH44、ChbHLH92与拟南芥花青素调控基因（AtGL3、AtEGL3、AtTT8）聚类，推测二者参与欧李花青素的合成。基因复制分析显示，16对串联重复、27对片段重复事件驱动了bHLH家族的扩张，促进了家族成员的功能分化。
欧李与拟南芥bHLH家族基因系统发育树
bHLH基因在欧李基因组上的分布，蓝框为串联重复基因
2.筛选核心调控因子：蛋白互作网络分析表明，ChbHLH44（后命名为ChEGL1）是与花青素调控因子ChMYB1互作的核心节点，可连接16个互作蛋白。ChEGL1含有典型的bHLH-MYC（N端）与HLH（C端）结构域，其表达模式呈现幼果期高、成熟期低的特征，与花青素积累趋势反向同步，推测其参与调控花青素合成的时序。
欧李bHLHs与ChMYB1蛋白互作网络图
3.蛋白互作验证：酵母双杂交（Y2H）与免疫共沉淀（Pull-down）实验证实，ChEGL1与ChMYB1可在体外直接结合；BiFC与LCI实验在烟草体内进一步验证了二者的互作关系，且荧光信号集中于细胞核，与亚细胞定位结果一致。
ChEGL1特征分析：(A) ChEGL1亚细胞定位，(B) ChEGL1 重组蛋白SDS-PAGE Western Blot
ChEGL1与ChMYB1互作 (A) Y2H，(B) BiFC， (C) Pull-down， (D) LCI
4.功能验证与表型分析：将ChEGL1在番茄中进行异源过表达后，番茄花瓣中脉的花青素积累显著增加，含量较野生型提升3.2倍。RT-qPCR检测显示，花青素合成结构基因及MYB调控基因的表达量均显著上调，确证ChEGL1是花青素合成的正调控因子。
ChEGL1番茄异源过表达（A表型，B花青素含量，C表达量）和(D)花青素合成相关基因RT-qPCR
小结：本研究完成了欧李bHLH基因家族的全基因组鉴定，明确了114个家族成员的分类及进化特征，证实基因复制是驱动家族扩张的主要因素。同时筛选出花青素调控的核心因子ChEGL1，通过多组实验验证了其与ChMYB1的互作关系，异源过表达实验进一步证实其可促进花青素合成，为欧李果实花青素调控机制的解析及品质育种提供了关键基因与理论支撑。
三、红花槭UGT基因家族研究
标题：Genome-wide identification of the UGT genes family in Acer rubrum and role of ArUGT52 in anthocyanin biosynthesis under cold stress
译名：红花槭UGT基因家族全基因组鉴定及低温胁迫下 ArUGT52在花青素生物合成中的作用
期刊：BMC Plant Biology
影响因子：4.3（Q1/2区）
发表时间：2025年1月
文章链接：https://doi.org/10.1186/s12870-024-06043-y
研究背景：红花槭秋季叶色呈红黄渐变，这一过程与花青素积累密切相关，低温是诱导花青素合成的关键环境因子。UDP-糖基转移酶（UGT）可通过糖基化修饰花青素，增强花青素的稳定性与水溶性，但目前红花槭UGT家族的特征与功能仍不明确，这制约了对其叶色变化分子机制的解析。
技术方法：基因家族分析+转录组测序+RT-qPCR+亚细胞定位+过表达+体外酶活质谱检测
1.UGT家族全基因组鉴定与特征：从红花槭基因组中鉴定出249个ArUGT基因，所有成员均含有保守的PSPG结构域。依据系统发育关系，将其分为18个亚家族，这些基因不均匀分布于30条染色体上。红花槭与毛果杨、拟南芥存在32个跨物种保守基因，体现出较高的进化保守性。
ArUGT基因在基因组上的分布
与其他物种UGT家族基因共线性分析
2.表达模式与关键基因筛选：转录组分析显示，红色叶片中有59个ArUGT上调表达，黄色叶片中有44个ArUGT上调表达；经低温处理后，有40个ArUGT的表达量发生显著变化。其中ArUGT52表现突出，其在红色叶片中的表达量是黄色叶片的11.3倍，低温处理24h时表达量较处理前上调8.7倍，呈现“红色叶片+低温”双重诱导特征，与花青素积累紧密关联。
不同颜色叶片ArUGTs表达量分析
低温胁迫处理ArUGTs表达量分析
3.亚细胞定位与异源过表达验证：亚细胞定位结果表明，ArUGT52定位于细胞质（糖基化反应的主要场所），符合酶基因的功能场所预期。在烟草中过表达ArUGT52后，烟草的花青素含量显著提升，常温下增加4.5倍，低温下增加6.8倍，直接证实其对花青素积累的促进作用。
ArUGT52基因亚细胞定位及过表达实验
4.体外酶活与质谱检测验证：通过体外酶活实验构建ArUGT52催化反应体系，加入黄酮醇（槲皮素、山奈酚）或花青素苷元（矢车菊素、天竺葵素）作为底物；随后采用HPLC-MS/MS对反应产物进行检测，明确鉴定出对应的单糖基化产物，证实ArUGT52具有糖基化活性及底物特异性，为花青素稳定性提升提供分子基础。
ArUGT52调控花青素和黄酮醇的葡萄糖基化过程
小结：本研究鉴定了红花槭UGT基因家族，明确了249个家族成员的结构特征、染色体分布及进化保守性。筛选出关键基因ArUGT52，经实验验证其定位于细胞质，既能响应低温信号，又可通过糖基化修饰花青素增强其积累，解析了红花槭叶色变化及花青素调控的分子机制，为彩叶树种的研究与应用提供了基因资源和理论依据。
这三篇研究虽聚焦不同植物不同基因家族，但都遵循同一套思路：基因家族鉴定→特征解析→表型关联→功能验证。如果您也想开展类似研究，我们可提供从花青素精准检测、基因家族分析、到分子验证等全套流程一站式专业服务，助力您在植物分子生物学研究中高效突破，探寻更多植物色彩与品质背后的基因密码。
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公司介绍
集思慧远总结了大量的涉及植物生长发育、抗逆胁迫的重要基因家族，并归纳出了从序列→结构→功能的完整研究思路和生信分析方法，并可以结合下游分子实验进行基因功能的确认，进一步通过分子互作研究，解析关键基因的分子作用机理，是行业内为数不多，可以全流程、全方位对基因家族展开研究的公司之一。
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责编 | 小唐
排版 | 山谷
审核 | 集思慧远产品部