原文出自 Biology 期刊

Pei, Z.; Huang, Y.; Ni, J.; Liu, Y.; Yang, Q. For a Colorful Life: Recent Advances in Anthocyanin Biosynthesis during Leaf Senescence. Biology 2024, 13, 329. https://www.mdpi.com/2782188

文章导读

花青苷是一类广泛存在于植物果实和叶片中的水溶性色素，不仅赋予植物器官丰富的色彩，增强植物对生物和非生物胁迫的抗逆性，还对人类健康有着诸多益处。花青苷在部分植物叶片衰老期间积累，为其提供了更大的观赏价值和商业价值。因此，了解叶片衰老过程中花青苷积累的分子机制，对于研究植物的秋色叶和分子育种具有重要意义。

北京林业大学落叶栎研究中心探讨了叶片衰老期间花青苷的生物合成过程，归纳总结了转录调控、表观遗传调控及不同器官中对花青苷合成的调控。同时作者对影响叶片花青苷的积累的因素如激素、环境等进行了综述，并提出了一个调控模型，阐释了环境变化如何通过激素如乙烯、脱落酸、茉莉酸等的积累，影响转录因子的表达和花青苷的积累。

研究内容及结果

1. 花青苷及其生物合成

以MYB转录因子为核心的分子调控网络是叶片花青苷合成的关键，直接影响花青苷的合成。其他转录因子 (如ERF、WRKY和NAC) 作用上游，激活或抑制花青苷的积累。该研究还总结了DNA甲基化，组蛋白修饰 (如H2A、H3K4me3、H3K9和H3ac)，参与MYB为中心的花青苷生物合成。作者通过对比较植物各器官颜色变化，推测叶片衰老过程中花青苷的合成由一类MYB转录因子时空特异性表达引起，区别于其他器官。

图1：以MYB为中心的花青苷生物合成分子调控模型。

2. 植物激素对花青苷合成的影响

乙烯、茉莉酸和脱落酸是促进叶片衰老的主导激素，该研究着重对这三种激素如何影响花青苷合成进行了综述，阐明了三种激素对叶片衰老阶段花青苷积累的促进作用 (图2)。

3. 环境因子对花青苷合成的影响

光照和温度是影响花青苷生物合成的两个主要环境因素。光质、光照时间和强度显著影响花青苷的积累。适当的光照可以激活与花青苷生物合成相关的转录因子 (如HY5和BBX) 来增强花青苷的积累。温度的变化影响植物激素水平、暗呼吸速率、糖分积累等，影响相关基因的表达。

图2：环境因子与植物激素互相作用调控花青苷合成积累的途径。

4. 养分对花青苷合成的影响

叶片衰老阶段营养从叶片向根茎运输导致氮、磷、钾等营养元素的局部缺乏，这与花青苷的积累密切相关。该研究总结了低氮低磷环境下，对花青苷具有促进作用，而钾和糖的增加有利于花青苷的积累。

图3：叶片衰老阶段营养物质的变化及其对花青苷积累的影响示意图。

研究展望

叶片衰老过程中花青苷的积累是响应生物和非生物胁迫的重要过程，对叶片衰老期间尤其是木本植物秋色叶的着色机制需进行进一步深入研究。该研究提出在未来，特异性调控该阶段花青苷合成的关键转录因子需要挖掘和总结，叶绿素降解和花青素生物合成之间的转录调控网络需要阐明，人工干预促进叶片着色的方法还有待揭示。

Biology 期刊介绍

主编：Jukka Finne, University of Helsinki, Finland;Andrés Moya, University of Valencia and CSIC, Spain

期刊主要涵盖细胞生物学、发育生物学、进化生物学、生物化学与分子生物学、微生物学等所有生物领域。期刊被Scopus, SCIE (Web of Science), PubMed 等重要数据库收录。

2023 Impact Factor:3.6

2023 CiteScore:5.7

Time to First Decision:18.7 Days

Acceptance to Publication:2.9 Days