近日，园林学院张超/付建新课题组在中科院农林科学1区Top期刊Industrial Crops and Products（IF=6.449）发表了题为Carotenoid analysis and functional characterization of lycopene cyclases in Zinnia elegans L.的研究论文。
该研究测定了百日草不同花色品种花瓣中类胡萝卜素组分及含量，分析了百日草番茄红素环化酶基因ZeLCYB、ZeLCYE和ZeCCS的表达差异和催化活性，初步揭示了百日草番茄红素环化酶的生物学功能，为百日草花色育种提供理论基础。
论文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926669022012079
百日草（Zinnia elegans L.）是一种菊科植物，被广泛用于景观绿化，以其鲜艳的花朵颜色而闻名。类胡萝卜素为百日草花瓣重要呈色物质之一。根据类胡萝卜素结构差异，分为直链和环状类胡萝卜素。直链状的番茄红素在番茄红素β-环化酶（Lycopene β-cyclase，LCYB）和番茄红素ε-环化酶（Lycopene ε-cyclase，LCYE）的催化下，进行环化是环类胡萝卜素生物合成的关键分支点。辣椒红素/辣椒玉红素合成酶（capsanthin/capsorubin synthase，CCS）也具有番茄红素β-环化酶的功能。目前，百日草花瓣类胡萝卜种类及其番茄红素环化酶代谢功能尚不清楚。
课题组通过代谢组和紫外分光光计分析发现，百日草黄色花品种‘DY’花瓣中总类胡萝卜素显著高于红色花品种‘DRE’。两个品种中被鉴定出的类胡萝卜素种类主要为环状类胡萝卜素，其中β胡萝卜素的含量最高，分别占‘DRE’和‘DY’总类胡萝卜素含量的65.89%和82.25%。
进一步分离百日草番茄红素环化酶相关基因ZeLCYB、ZeLCYE和ZeCCS，利用色素互补试验分析上述基因催化酶活性，结果显示ZeLCYB和ZeCCS可以在两端环化番茄红素生成β-胡萝卜素，而ZeLCYE具有使番茄红素两端环化产生ε-胡萝卜素的独特活性。与ZeLCYB相比，ZeLCYE与番茄红素的亲和力较弱，或者具有较低的催化活性。
表达分析显示，‘DY’花瓣中ZeLCYB和ZeCCS基因在特定发育阶段的表达量显著高于‘DRE’，这可能是导致两个花色品种类胡萝卜素合成差异的原因之一。
论文第一作者为我院风景园林学（农）硕士研究生卿洪生，我院张超、付建新副教授和美国普渡大学博士后黄惺祺为论文通讯作者。研究得到了浙江农林大学大学生科研训练项目和浙江省园林植物种质创新与利用重点实验室开放基金的资助。
