HPJ|南京林业大学林树燕团队:花青素调控植物叶片着色的分子机制及研究展望
- 2026-03-07 20:34:29
Horticultural Plant Journal
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近日，Horticultural Plant Journal在线发表了南京林业大学竹类研究所林树燕团队题为“Molecular Regulatory Mechanisms of Anthocyanin in the Coloration of Plant Leaves and Research Prospects (花青素调控植物叶片着色的分子机制及研究展望)”的综述。
富含花青素的观叶植物，除具有重要观赏价值外，在制药工业与茶产业领域亦具备广阔的应用前景。这类植物还具有重要的生物学与生态学价值，对植物繁殖、抵御天敌及适应环境变化发挥关键作用。因此，深入解析其叶片着色机制，对于推动相关实际应用与完善理论研究均具有重要意义。
本研究综述了影响叶片花青素代谢的各类因素，包括生物合成、转运、降解过程，以及转录因子、转录后调控和翻译后调控机制。其次，总结了组学技术在揭示叶片花青素合成机制中的应用情况。此外，综述了环境因子通过诱导花青素生物合成调控叶片着色的分子机制。最后，本研究梳理了植物叶片着色研究领域尚未解决的问题，并提出了该领域未来的研究方向。本研究旨在为植物叶片着色相关研究提供有价值的参考。
本综述围绕花青素介导的植物叶片着色机制展开系统梳理，论文核心阐述了花青素代谢的多层级调控网络。在生物合成层面，花青素源于苯丙烷途径，经查尔酮合成酶（CHS）键酶催化，历经三个分支步骤完成合成，其中二氢黄酮醇4-还原酶（DFR）、花青素合成酶（ANS）、类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶（3GT）等是调控关键节点；合成后的花青素经谷胱甘肽S-转移酶（GST）协助，由ABC或MATE转运蛋白输送至液泡储存；其降解则依赖β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）、多酚氧化酶（PPO）等酶类的催化作用。在调控机制上，MYB-bHLH-WDR复合体是叶片花青素合成的转录调控核心，可激活花青素合成结构基因表达，同时存在抑制剂竞争结合、上游转录因子调控等反馈调节机制；此外，可变剪接、miRNA介导的转录后调控，DNA甲基化主导的表观遗传调控，以及COP1介导的泛素化翻译后调控，共同构成了复杂的调控网络（图1）。
图1. 影响叶片MBW蛋白复合体形成的因素总结
针对叶片花青素合成机制的组学研究，综述指出转录组-代谢组整合分析能精准关联基因与代谢物，揭示关键调控因子；miRNA-转录组整合及基因组-转录组整合研究也取得一定进展。不过当前组学研究多停留在生信层面的关联分析，对组蛋白修饰、lncRNA 等非编码RNA的调控作用关注不足，缺乏深层调控网络的试验层面上的验证。
此外本综述探讨了环境对叶片着色的影响。光温等季节变化通过调控光信号通路关键因子，影响MBW复合体稳定性；适度干旱可促进叶片花青素积累，极端干旱则可能起抑制作用；土壤pH通过改变液泡酸碱度影响花青素稳定性与颜色表现；低氮条件下植物碳氮代谢平衡发生改变，进而促进叶片花青素合成；脱落酸、乙烯等激素信号通路可介导环境信号，调控花青素合成过程（图2）。
图2. 环境因子调控叶片花青素生物合成的示意图
综述最后剖析了当前研究存在的不足与未来方向。现有研究缺乏细胞与空间特异性数据，空间组学技术将成为解析花青素组织特异性积累机制的关键手段；非编码RNA的调控作用尚未明确，需结合多组学与实验验证深入探究；CRISPR/Cas9基因编辑技术在彩色叶品种育种中潜力巨大，可通过敲除负调控因子等方式创制新种质，但受限于部分植物遗传转化体系不成熟，仍需突破技术瓶颈。
本综述从分子层面揭示了叶片花青素的复杂调控网络，为解析叶片呈色机理奠定了重要理论基础。我们系统梳理了参与花青素生物合成的MBW复合体的深入研究，同时指出叶片呈色机制中诸多方面尚未充分探索，例如microRNA、长链非编码RNA及环状RNA在花青素介导的叶片呈色过程中的作用机制。基于当前研究已取得的突破，本文展望未来有望破解更多叶片呈色的未解之谜，并为叶色性状的遗传改良建立坚实基础。
李龙为该论文的第一作者，林树燕和李翔宇为该文的通信作者。西北农林科技大学史倩倩参与了本研究。
该研究获得The Central Finance for the Forestry Science and Technology Promotion Demonstration Project ([2024]TG13)等项目的资助。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014125003115
期刊简介
Horticultural Plant Journal是由中国园艺学会、中国农业科学院蔬菜花卉研究所、中国农业科学技术出版社有限公司主办的英文学术期刊。刊载关于园艺作物种质资源、遗传育种、栽培技术、生理生化、基因组学、生物技术、植物保护、采后处理与利用等原创性研究论文、研究简报及综述等。HPJ已被SCIE、Scopus、BA & BP、DOAJ、CAB Abstracts、Food Science and Technology Abstract、CNKI、CSCD、CSTPCD等国内外多个重要数据库收录，论文在SD网络出版平台实现全文开放获取和在线预出版。2024年最新影响因子6.2，园艺学科Q1区，植物学科Q1区。2025年中科院期刊分区（升级版）：在农林科学类位于1区、Top期刊，植物科学类位于1区，园艺类位于1区。
