呂英奇，童海翔，姚崢嶸，張蜀敏，謝開(kāi)云，董 攀*，任茂智

（1.重慶大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶 401331；2.國(guó)際馬鈴薯中心亞太中心，北京 100081）

綜述

彩色馬鈴薯花色苷研究進(jìn)展

呂英奇1，童海翔1，姚崢嶸1，張蜀敏1，謝開(kāi)云2，董 攀1*，任茂智1

（1.重慶大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶 401331；2.國(guó)際馬鈴薯中心亞太中心，北京 100081）

彩色馬鈴薯色彩豐富，薯形美觀，營(yíng)養(yǎng)全面，其功能成分花色苷，被公認(rèn)為是人類健康飲食中的天然抗氧化劑來(lái)源。文章概述了彩色馬鈴薯花色苷的類型、含量、分布以及提取，重點(diǎn)闡述了彩色馬鈴薯花色苷合成路徑的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因，對(duì)彩色馬鈴薯的應(yīng)用前景進(jìn)行展望，以期為馬鈴薯天然色素資源開(kāi)發(fā)利用和彩色馬鈴薯育種提供參考。

彩色馬鈴薯；花色苷；結(jié)構(gòu)基因；調(diào)控基因

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）起源于距今約1萬(wàn)年前的南美洲秘魯境內(nèi)安第斯山脈的的的喀喀湖[1]，最早為印第安人所馴化，距今已有7 000多年的栽培歷史。16世紀(jì)由西班牙和英國(guó)探險(xiǎn)家?guī)Щ貧W洲種植，在歐洲糧食安全上曾發(fā)揮過(guò)重要作用，如19世紀(jì)由于馬鈴薯晚疫病造成的愛(ài)爾蘭大饑荒，導(dǎo)致數(shù)以百萬(wàn)人因饑餓而死亡，直到現(xiàn)在歐洲多國(guó)人民仍把馬鈴薯作為不可替代的主糧。明朝萬(wàn)歷年間（公元1573～1619年），馬鈴薯隨著歐洲傳教士傳入中國(guó)，在中國(guó)已有約400年的栽培歷史，在中國(guó)很多貧困地區(qū)，馬鈴薯有著“一季土豆半年糧”的重要地位。然而，馬鈴薯在中國(guó)的主要消費(fèi)方式仍是作為蔬菜，中國(guó)政府為了解決糧食安全問(wèn)題，于2015年提出了“馬鈴薯主糧化”戰(zhàn)略，旨在期望通過(guò)把馬鈴薯加工成適合中國(guó)人消費(fèi)習(xí)慣的饅頭、面條和米粉等主食產(chǎn)品，逐漸使馬鈴薯成為中國(guó)第四大主糧。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2013年全世界谷物生產(chǎn)總量在24.79億t左右，薯類生產(chǎn)總量約為8.4億t，薯類作物已經(jīng)逐漸成為世界主糧版圖中不可缺少的一部分。馬鈴薯資源非常豐富，在國(guó)際馬鈴薯中心（International Potato Center，CIP）收藏的材料達(dá)16 489份。從營(yíng)養(yǎng)角度講，馬鈴薯是世界十大營(yíng)養(yǎng)食品之一，素有“能源植物”、“地下蘋果”和“第二面包”等多種美譽(yù)，富含淀粉、維生素以及人體必需的23種氨基酸等。

彩色馬鈴薯，是普通栽培馬鈴薯的自然變異，其塊莖薯皮或薯肉的顏色為紅色、粉色、藍(lán)色和藍(lán)紫色等[2]，于2008年被首次正式定義[3]。與普通馬鈴薯相比，彩色馬鈴薯不僅顏色豐富、薯形美觀，還富含具有強(qiáng)抗氧化活性的物質(zhì)花色苷[4]。國(guó)內(nèi)外許多研究表明，花色苷具有抗突變、抗氧化、抗菌抗炎、抗增生、預(yù)防心血管疾病、保護(hù)肝臟和抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生等多種生理功能，其抗氧化性能是維生素C的20倍，維生素E的50倍，能夠有效清除自由基，被公認(rèn)為是人類健康飲食中天然抗氧化劑來(lái)源，對(duì)人體有良好的保健和治療作用[5]。盡管國(guó)際馬鈴薯中心收集的彩色馬鈴薯僅有304種，但馬鈴薯起源地秘魯報(bào)道的彩色馬鈴薯品種多達(dá)3 000種，足見(jiàn)彩色馬鈴薯種質(zhì)資源的多樣性[6]。

從1936年Chmielewska[7]最早開(kāi)始系統(tǒng)研究彩色馬鈴薯花色苷，80年的研究歷程中，各國(guó)科學(xué)家在彩色馬鈴薯種質(zhì)資源的收集與育種，花色苷的分布、含量和種類、提取和純化、理化性質(zhì)和效用以及花色苷的合成及調(diào)控機(jī)制，彩色馬鈴薯的開(kāi)發(fā)與利用等方面開(kāi)展了大量的工作。本文重點(diǎn)回顧近10年關(guān)于彩色馬鈴薯花色苷研究進(jìn)展，以期為馬鈴薯天然色素資源開(kāi)發(fā)利用和彩色馬鈴薯育種提供參考。

1 彩色馬鈴薯塊莖花色苷的分布、種類和含量

植物花色苷（Anthocyanin）是花色素（Anthocyanidin）與各種單糖通過(guò)糖苷鍵結(jié)合形成的糖基化衍生物的總稱，水溶性，屬于類黃酮物質(zhì)，廣泛分布于陸生植物花朵、果實(shí)、莖和葉等器官中的一類有色物質(zhì)，賦予植物粉紅、紅、紫和藍(lán)等顏色[8]。

1.1花色苷的分布

馬鈴薯花色苷在根、莖、葉、花和塊莖（薯皮和薯肉）中均有分布，其分布存在組織差異，一般在塊莖中的含量高于其他組織[9]。在塊莖中的分布也是不均勻的，張靜等[10]以及Jansen和Flamme[11]分別對(duì)中國(guó)云南的11個(gè)地方彩色馬鈴薯品種以及31種彩色馬鈴薯塊莖的花色苷含量及分布分別進(jìn)行研究，均發(fā)現(xiàn)花色苷主要存在于薯皮中。Reyes等[12]在對(duì)紫肉的馬鈴薯研究中發(fā)現(xiàn)，盡管薯皮中花色苷含量較薯肉高0.9～1.6倍，但薯皮對(duì)花色苷的貢獻(xiàn)只有整個(gè)塊莖的20%左右，紫色馬鈴薯的花色苷主要來(lái)自于薯肉。在細(xì)胞水平，Kosieradzka等[13]通過(guò)熒光顯微觀察植株塊莖的橫切面發(fā)現(xiàn)，花色苷主要集中在細(xì)胞的液泡中。

1.2花色苷的種類

當(dāng)花色苷上的糖基部分被水解后，糖苷配基（水解產(chǎn)物的非糖部分）就是花色素。不同植物中發(fā)生糖苷化的位點(diǎn)（C3、C5和C7位等）和數(shù)目的差異，及酞化程度的不同使植物中存在著不同的花色苷譜，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但都以花色素為基本結(jié)構(gòu)。自然界天然存在的花色素有19種（根據(jù)B環(huán)羥基化和甲基化位置及數(shù)目進(jìn)行分類），通常只有6種存在于食品中，以天竺葵色素（Pelargonidin），矢車菊色素（Cyanidin）（又名花青素）和飛燕草色素（Delphinidin）為主，由此再衍生出其他3類色素：芍藥花色素（Peonidin）（由矢車菊色素甲基化形成）；矮牽?；ㄉ兀≒etunidin）及錦葵色素（Mavlvidin）（由飛燕草色素不同程度甲基化而來(lái)）[14,15]。天竺葵色素呈磚紅色，矢車菊色素和芍藥花色素呈紫紅色，而飛燕草色素、矮牽牛花色素和錦葵色素則表現(xiàn)藍(lán)紫色系[16-18]（圖1）。上述6種主要的花色素在馬鈴薯中均已發(fā)現(xiàn)[19,20]。但是不同品種彩色馬鈴薯塊莖中花色素種類和含量是存在差異的。目前，研究中常用到的彩色馬鈴薯，主要有紅肉品種（Red-fleshed potato）、紫肉品種（Purple-fleshed potato）、紅皮黃肉品種（Yellow-fleshed and red-skinned potato）和深藍(lán)皮黃肉紫維管束環(huán)品種（Deep blue-skinned, yellow-fleshed potato with a smallpurple vascular ring）等。紅肉品種（‘Rosalinde’、‘Herbie’、‘Highland Burgundy Red’、‘紅云 1號(hào)’、‘云薯 603’、‘S06-277’和‘劍川紅’等）含有的最主要花色素類型是天竺葵色素[21-26]。紫肉品種中，根據(jù)不同的品種，所含有的主要花色素類型有所不同。‘Salad Blue’、‘Valfi’、‘Blue Congo’、‘紫云1號(hào)’、‘云薯303’、‘S03-2685’、‘S06-1693’、‘S05-603’和‘師大6號(hào)’等紫肉品種含有一種主要的花色素矮牽牛花色素，‘Vitelotte’品種則含有2種主要的花色素錦葵色素和矮牽?；ㄉ豙20,23,26,27]。然而Eichhorn和Winterhalter[21]報(bào)道‘Vitelott’含有最豐富的花色素是錦葵色素；云南地方紫肉品種‘YNZH’含有的最豐富花色苷也是錦葵色素[25]。紅皮黃肉品種‘Red Laura’含有的主要花色素類型是天竺葵色素[28]。深藍(lán)皮黃肉紫維管束環(huán)品種‘Shetland Black’含有的最主要花色素類型是矮牽牛花色素和芍藥花色素[21,27,28]。

圖1 彩色馬鈴薯花色苷主要類型及花色苷顏色Figure 1 Main kinds of anthocyanins in colored potatoes and their colors

1.3花色苷的含量

在總的花色苷含量方面，彩色馬鈴薯品種相對(duì)高于其他普通馬鈴薯品種[25]。然而在不同彩色馬鈴薯品種之間總花色苷含量是不同的。國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)對(duì)收集的彩色馬鈴薯總花色苷含量進(jìn)行了比較。P?ksa等[23]對(duì)4個(gè)紫肉馬鈴薯品種（‘Salad Blue’、‘Vitelotte’、‘Valfi’和‘Blue Congo’）和3個(gè)紅肉馬鈴薯品種（‘Rosalinde’、‘Herbie’和‘Highland Burgundy Red’）的花色苷總含量進(jìn)行了比較，紅肉品種中‘Highland Burgundy Red’花色苷含量最高（171.08 mg/100g干重），紫肉品種中‘Vitelotte’的花色苷含量最高（184.75 mg/100g干重）。Lachman等[29]和Brown等[30]的研究也表明，紫肉馬鈴薯品種總花色苷含量高于紅肉品種，但是，另外的研究卻得出相反的結(jié)果，紅肉品種的總花色苷含量高于紫肉品種[2,12,31]。Rodriguez-Saona等[24]對(duì)33個(gè)紅色馬鈴薯品種花色苷含量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其含量為2～40 mg/100g鮮重，2個(gè)無(wú)性系‘NDOP5847-1’和‘NDC4069-4’在所測(cè)材料中花色苷含量最高（＞35 mg/100g鮮重）。張靜等[10]對(duì)來(lái)自云南的11個(gè)地方彩色馬鈴薯品種塊莖的花色苷含量及分布進(jìn)行研究，11個(gè)品種中‘格雜紅皮’的總花色苷含量最高，達(dá)到77.4 mg/100g鮮重。殷麗琴等[20]采用HPLC法定量分析8個(gè)彩色馬鈴薯品種塊莖的總花色苷含量，在1.34～63.32 mg/100g鮮重變化，其中‘紫云1號(hào)’的總花色苷含量最高。不同品種花色苷總量不同，即便同一品種在不同的研究中也不一樣，表明花色苷總量的差異，不僅與品種的遺傳因素相關(guān)，栽培條件、氣候環(huán)境、貯藏條件以及提取方法等都可能影響花色苷的含量變化。

2 彩色馬鈴薯塊莖花色苷的提取

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已在27個(gè)科，73個(gè)屬，數(shù)萬(wàn)種植物發(fā)現(xiàn)花色苷的存在，從植物中已分離得到500多種花色苷[32]。研究工作者們以黑莓、葡萄、紅蘿卜、藍(lán)莓和馬鈴薯等彩色蔬果為研究材料在花色苷的提取方面開(kāi)展了大量的工作，根據(jù)提取材料、提取目的及花色苷類型的不同，提取方法也略有差異，Silva等[33]梳理了主要的花色苷提取方法，詳細(xì)闡述了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)（表1）。

表1 花色苷不同提取方法的主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)Table 1 Main advantages and disadvantages of different extraction methods of anthocyanins

花色苷通常帶有若干未被取代的羥基或糖基，是一種極性化合物。根據(jù)“相似相溶”原理，花色苷易溶于水、甲醇和乙醇等極性溶液，而其穩(wěn)定性受酶、溫度、氧氣、光、pH和金屬離子等理化性質(zhì)影響，在中性和堿性條件下不穩(wěn)定。經(jīng)典的傳統(tǒng)溶劑法，采用的就是酸和極性溶液相組合的方式進(jìn)行提取。Harborne[34]最早用甲醇：鹽酸（97：3，v/v）在室溫下抽提馬鈴薯花色苷。隨后，丙酮和氯仿溶液[24]，15%（v/v）的乙酸甲醇溶液[19]，0.1%（v/v）鹽酸甲醇溶液[35]，0.1%（v/v）鹽酸甲醇溶液[4]，5%乙酸和70%乙醇[36]等溶液組合和比例都被用來(lái)提取馬鈴薯花色苷。童丹等[37]比較不同提取劑對(duì)定西地產(chǎn)‘黑美人’馬鈴薯花青素提取率的影響，結(jié)果表明，用0.5%（v/v）鹽酸乙醇作為提取溶劑，花青素提取率最高。楊玲等[38]比較‘紫羅蘭’馬鈴薯的提取條件和穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)95%乙醇和1.5 mol/L鹽酸提取液提取效果最好。劉建壘等[39]對(duì)影響馬鈴薯花青苷提取的因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，得到最佳的提取條件中提取劑為體積分?jǐn)?shù)為70%的乙醇。代小梅等[40]同樣通過(guò)正交試驗(yàn)，認(rèn)為體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇為最佳提取液。Lachman等[41]在對(duì)花色素的提取過(guò)程中，增加了提取溶劑中酸（70%，80%，90%和100%）和丙酮（80%）的含量，減少了均質(zhì)化處理的時(shí)間，大大提高了花色素的提取效率。馬鈴薯花青苷的提取條件，除了提取溶劑外，還包括光照、溫度、提取時(shí)間和pH等，因此，最佳的提取條件是上述各種條件的較優(yōu)組合。但是考慮到食品中殘留甲醇和氯仿的毒性，通常選用乙醇溶液，在酸的選擇上，通常考慮使用鹽酸，但為了獲得更接近于天然狀態(tài)的花色苷，也采用弱有機(jī)酸或中性溶劑做初步提取，弱有機(jī)酸多用甲酸、乙酸、丙酸、檸檬酸和酒石酸，中性溶劑一般采用丙酮作提取劑。

為了使提取過(guò)程更加對(duì)環(huán)境友好，減少溶劑的消耗，降低溫度，縮短時(shí)間等綠色提取技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如超臨界流體萃取法、超聲波輔助萃取法、加壓溶劑萃取法、微波輔助萃取法和高壓脈沖電場(chǎng)輔助提取法等（表1）。不同研究人員用超聲波輔助萃取法提取馬鈴薯花色苷，都發(fā)現(xiàn)這種方法與傳統(tǒng)的溶劑法相比，可以顯著提高提取效率[42-45]。廉玉姬等[46]采用溶劑浸提法（95%乙醇，0.1 mol/L鹽酸）、超聲波破碎提取法以及液氮-丙酮法3種不同提取方法對(duì)紫色馬鈴薯‘Bora Valley’的花色苷進(jìn)行提取，結(jié)果表明通過(guò)超聲波破碎法得到的花色苷含量最高。Puértolas等[47]采用脈沖電場(chǎng)提取法對(duì)紫色馬鈴薯的花色苷進(jìn)行提取時(shí)，發(fā)現(xiàn)該方法提高了花色苷的提取率，并且可以使用環(huán)境友好型的水替代有機(jī)溶劑乙醇。Cardoso等[48]比較2種不同的花色素提取方法：超臨界流體萃取法（助溶劑為CO2或CO2乙醇5%（v/v）混合物，壓力100 bar，溫度65°C）和加壓液體萃取法（助溶劑為酸化到pH 2.6的乙醇溶液，壓力100 bar，溫度80°C），得出加壓液體萃取法更加適合大量花色素的提取，而且提取效率高于超臨界流體萃取法。

3 彩色馬鈴薯塊莖花色苷的合成與調(diào)控

在很多模式植物（玉米、牽?；ê蛿M南芥）中，花色苷的生物合成途徑及調(diào)控過(guò)程已經(jīng)被闡明[49,50]，花色苷由“一般苯丙烷類途徑”合成，從苯丙氨酸到花色苷經(jīng)歷3個(gè)階段（圖2）：第1階段是苯丙烷代謝途徑，這是許多次生代謝共有的，由苯丙氨酸到4-香豆酰CoA。第2階段是花色苷合成途徑上游，由4-香豆酰CoA和丙二酰CoA到二氫山萘酚，是類黃酮醇代謝的關(guān)鍵反應(yīng)。第3階段是花色苷合成途徑下游，在這一階段完成各種花色苷的合成，將無(wú)色的二氫山萘酚轉(zhuǎn)化成有色的花色苷。整個(gè)合成途徑主要受兩類基因的調(diào)控：結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因。

3.1結(jié)構(gòu)基因

圖2 馬鈴薯花色苷合成途徑Figure 2 Pathway of anthocyanin biosynthesis in potato

在不同類型花色苷合成的過(guò)程中，受到多種酶的調(diào)控，而結(jié)構(gòu)基因編碼的正是這些直接參與花色苷形成的酶類，如苯丙氨酸裂解酶（PAL），反肉桂酸4-單加氧酶（C4H），4-香豆酸-CoA連接酶（4CL），查爾酮合成酶（CHS）、查爾酮異構(gòu)酶（CHI）、黃烷酮3-羥化酶（F3H）、二氫類黃酮還原酶（DFR）、類黃酮3'-羧化酶（F3'H）、類黃酮3',5'-羧化酶（F3'5'H）、花色素合成酶（ANS）、類黃酮葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶（UFGT）等。目前馬鈴薯花色苷生物合成途徑中所有的結(jié)構(gòu)基因均已被克隆，并在NCBI和馬鈴薯基因組網(wǎng)站上可以查詢（表2）。栽培種與野生種的結(jié)構(gòu)基因同源性高，達(dá)到90%以上，說(shuō)明馬鈴薯的花色苷結(jié)構(gòu)基因在遺傳選擇中變異系數(shù)低，高度保守，如CHI和F3H。在基因結(jié)構(gòu)方面，有的基因不含內(nèi)含子，如StPAL、St4CL、StANS等，而有的基因含有多個(gè)內(nèi)含子，如St4CH、StF3H、StDFR等。

同時(shí)，大量結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)模式也已建立。Liu等[52]研究表明，大量結(jié)構(gòu)基因（C4H、4CL、CHS、CHI、F3H、F3'H、F3'5'H、DFR、ANS）在四倍體紫色馬鈴薯（‘黑美人’）的表達(dá)高于普通馬鈴薯（‘新大坪’）的表達(dá)。Payyavula等[55]對(duì)5個(gè)不同性狀的馬鈴薯品種（‘NY144’（白）、‘Challenger’（黃）、‘ORO4198-1’（深黃）、‘AmaRosa’（紅）和‘Magic Molly’（紫））的酚譜和花色苷譜進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在紅色和紫色馬鈴薯的苯丙烷代謝途徑中，PAL的酶活明顯較高，并促進(jìn)大量苯丙素類結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。關(guān)巍等[56]選用塊莖著色程度不同的6個(gè)馬鈴薯無(wú)性系以及栽培品種‘早大白’，研究彩色馬鈴薯PAL活性與花色苷積累的相關(guān)性，結(jié)果表明，花色苷含量與PAL活性呈線性正相關(guān)。李先平等[57]以彩色馬鈴薯雜交群體‘TZ521’為材料對(duì)花色苷合成途徑關(guān)鍵酶基因在彩色馬鈴薯塊莖中的表達(dá)進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)基因（CHS、CHI、F3H、DFR、ANS、3GT、F3'H和F3'5'H）在彩色馬鈴薯中都有表達(dá)，但在薯肉和薯皮中表達(dá)模式并不相同。F3'5'H和DFR均在紫色或紅色薯肉中檢測(cè)到，但在所有白色薯肉中未檢測(cè)到，因此被認(rèn)為與彩色馬鈴薯塊莖肉色表達(dá)緊密相關(guān)。而其他6個(gè)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)與塊莖的顏色并沒(méi)有相關(guān)性。胡朝陽(yáng)等[58]在紫色馬鈴薯中研究F3'5'H，DFR、UFGT和CHS 4個(gè)基因時(shí)，發(fā)現(xiàn)紫色馬鈴薯StCHS的表達(dá)具有組織特異性，且該基因的表達(dá)部位與花色苷的積累部位基本符合，F(xiàn)3'5'H，DFR和UFGT 3個(gè)基因在紫色馬鈴薯不同組織中（根、莖、葉、葉柄和塊莖）表達(dá)水平不同，F(xiàn)3'5'H、DFR在葉柄中表達(dá)最強(qiáng)，而UFGT在莖和葉柄中表達(dá)最強(qiáng)。Lu和Yang[59]在馬鈴薯野生種和栽培種中相繼完成馬鈴薯4個(gè)花色苷合成相關(guān)基因（CHS、F3H、3GT和DFR）的cDNA克隆，并對(duì)其功能進(jìn)行了初步驗(yàn)證，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)這4個(gè)基因在花、匍匐枝和頂芽中優(yōu)先表達(dá)，在根中僅3GT基因表達(dá)，在塊莖皮中4個(gè)基因均被白光誘導(dǎo)表達(dá)。

通過(guò)轉(zhuǎn)基因等技術(shù)手段，結(jié)構(gòu)基因的功能陸續(xù)被闡明。紫色馬鈴薯與紅色馬鈴薯顏色的差異是由于在進(jìn)化過(guò)程中紅色馬鈴薯中的F3'5'H基因的第一外顯子中插入了微型反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件（MITE），導(dǎo)致F3'5'H不能正常表達(dá)相應(yīng)的酶，使呈現(xiàn)紫色的矮牽牛色素不能合成，塊莖的顏色不能呈現(xiàn)紫色，而是紅色，如果將F3'5'H基因轉(zhuǎn)入紅色馬鈴薯中，轉(zhuǎn)化植株的莖變?yōu)樽仙?，薯皮也由原?lái)的紅色變?yōu)樽仙玔53,60,61]。盧其能等[61]利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)入3GT基因，轉(zhuǎn)基因植株花色苷含量較對(duì)照高出7倍。Wei等[62]構(gòu)建超表達(dá)3GT基因的馬鈴薯轉(zhuǎn)基因株系，發(fā)現(xiàn)所有轉(zhuǎn)基因植株花色苷的含量均顯著增加，認(rèn)為3GT基因在改良馬鈴薯色彩和提高膳食中花色苷含量方面具有潛力。Kosieradzka等[13]在馬鈴薯中分別轉(zhuǎn)入大麥CHS的cDNA和矮牽牛F3H和DFR的cDNA，發(fā)現(xiàn)在3種轉(zhuǎn)基因植株中，過(guò)表達(dá)CHS的塊莖中花色苷含量最多。Kamil等[63]在馬鈴薯中過(guò)量表達(dá)3種基因（CHS、CHI和DFR）的單獨(dú)及其組合，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)基因植株的各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)及小鼠活體檢驗(yàn)得出，DFR基因是提高紫色馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高效的基因。

3.2調(diào)控基因

花色苷合成路徑上的調(diào)控基因的編碼產(chǎn)物為轉(zhuǎn)錄因子，能夠調(diào)控結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，影響色素的時(shí)空積累，目前研究比較多的3類調(diào)控花色苷合成的轉(zhuǎn)錄因子有：（1）R2R3-MYB蛋白；（2）myc家族的bHLH蛋白；（3）WD40蛋白[64]。其可能的調(diào)控方式有轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控，轉(zhuǎn)錄抑制調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控。這3類轉(zhuǎn)錄因子可以直接獨(dú)自參與調(diào)控結(jié)構(gòu)基因，如MYB轉(zhuǎn)錄因子[65,66]；也能多種轉(zhuǎn)錄因子相互作用，協(xié)同調(diào)控花色苷的合成，如MBW三元復(fù)合體（MYB-bHLH-WD40）[67]。在花色苷合成的調(diào)控基因方面，馬鈴薯的研究是相對(duì)滯后的，但近些年國(guó)內(nèi)外也開(kāi)展了大量工作進(jìn)行馬鈴薯花色苷合成調(diào)控基因的克隆，表達(dá)譜分析及功能驗(yàn)證。黃艷嵐[68]在紫色馬鈴薯紫皮中還獲得花色苷合成過(guò)程中編碼轉(zhuǎn)錄激活因子R2R3-MYB的基因的保守序列 Stmyb211和Stmyb280。同時(shí)，黃艷嵐等[69]根據(jù)同源克隆的方法，在紫色馬鈴薯紫皮中獲得馬鈴薯Stmyc基因cDNA序列，其長(zhǎng)度為1 106 bp，對(duì)其進(jìn)行初步表達(dá)分析，顯示該基因在紫色馬鈴薯中屬組成型表達(dá)。劉仕蕓[70]分離克隆紫色馬鈴薯花色素合成的轉(zhuǎn)錄激活基因Stmyc538，Stmyc450，Stmyb499和Stwd40，并鑒定了其在紫色馬鈴薯葉、莖、皮、肉及根部的組織特異性表達(dá)，發(fā)現(xiàn)上述4個(gè)轉(zhuǎn)錄激活基因在組織的表達(dá)中并沒(méi)有規(guī)律性。Jung等[71]在紫皮馬鈴薯‘W5281.2’中克隆得到編碼R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子的Stan2，并將其轉(zhuǎn)入粉紅皮色品種‘Desiree’，白皮品種‘Bintje’和2個(gè)白皮后代（來(lái)自‘W5281.2’和‘07506-01’的雜交），轉(zhuǎn)基因植株的葉、花和塊莖（薯皮、薯肉）都出現(xiàn)不同程度的紫色。刑錚[72]采用同源克隆的方法對(duì)馬鈴薯R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行克隆，獲得StR2R3-MYB1基因的CDS全序列，構(gòu)建StR2R3-MYB1的YFP融合表達(dá)載體，將其定位在細(xì)胞核上，實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果顯示，該基因在根、莖和葉的表達(dá)量依次升高。Taihelen等[73]構(gòu)建了42個(gè)MYB和58個(gè)bHLH轉(zhuǎn)錄因子基因的馬鈴薯克隆植株，發(fā)現(xiàn)其中的花色素苷強(qiáng)度及赤霉病抗性發(fā)生了變化。李旺[74]首次在馬鈴薯栽培品種‘Desiree’的塊莖中分離克隆得到bHLH轉(zhuǎn)錄因子基因StAN1b，各組織處的半定量RT-PCR分析顯示，StAN1b在薯皮、葉和芽中表達(dá)水平較高，而在薯肉中不表達(dá)。Li[75]從‘Chieftain’馬鈴薯中克隆出編碼轉(zhuǎn)錄因子WD40的StAN11，該片段包含4段WD重復(fù)序列，將此基因?qū)腭R鈴薯品種‘Desiree’中，塊莖顏色加深，結(jié)構(gòu)基因中DFR的表達(dá)發(fā)生了上調(diào)，推測(cè)StAN11是通過(guò)調(diào)節(jié)DFR的表達(dá)來(lái)改變花色素的生成。李先平等[57]對(duì)MYB的調(diào)節(jié)基因AN2和MTF2，WD40的調(diào)節(jié)基因AN11以及bHLH的調(diào)節(jié)基因AN1和JAF13在紫色馬鈴薯薯皮和薯肉的表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)只有AN2可能與馬鈴薯塊莖肉色表達(dá)相關(guān)。

4 彩色馬鈴薯的應(yīng)用前景

彩色馬鈴薯是馬鈴薯家族中一類具有獨(dú)特遺傳特性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的特殊品種類型，在中國(guó)一些省、市開(kāi)始種植和銷售，其中種植面積較大的只有‘黑美人’（‘黑金剛’）、‘紫羅蘭’和‘轉(zhuǎn)心烏’等老品種或少量新育成的品種。隨著近幾年來(lái)人們對(duì)彩色食品的追捧偏愛(ài)，且彩色馬鈴薯市場(chǎng)價(jià)格與紫葡萄、藍(lán)莓等相比更加便宜，更具價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此彩色馬鈴薯有望成為特色蔬菜豐富菜籃子，成為老百姓家中常見(jiàn)菜肴。如果能夠借鑒水果玉米的育種經(jīng)驗(yàn)，相信在馬鈴薯育種家的不懈努力下，生吃的“水果馬鈴薯”不久后也將會(huì)出現(xiàn)在人們的日常生活中，成為又一新型保健食品。

馬鈴薯主糧化在中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)行，馬鈴薯制品如饅頭、面條等已投放市場(chǎng)，中國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)也在蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的人群接受了這種新式主糧，而彩色馬鈴薯饅頭、面條因其鮮艷的色澤和豐富的營(yíng)養(yǎng)將會(huì)被更多的人青睞。國(guó)外早已開(kāi)發(fā)出了具有天然色彩的薯片、薯泥、薯粉、薯飲料等特色商品。這些特色彩色馬鈴薯制品具有廣闊的市場(chǎng)空間，拓展了彩色馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。另外，彩色馬鈴薯花色素是天然植物源色素，最有希望代替合成色素和其他天然色素，在食品、化妝品、保健品和醫(yī)藥等領(lǐng)域廣泛開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

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Research Progress in Anthocyanin of Colored Potatoes

LU Yingqi1,TONG Haixiang1,YAO Zhengrong1,ZHANG Shumin1,XIE Kaiyun2,DONG Pan1＊,REN Maozhi1

(1.Schoolof Life Sciences,Chongqing University,Chongqing 401331,China; 2.CIP-China Center for Asia Pacific(CCCAP),Beijing 100081,China)

ract:Colored potatoes are beautifully shaped and rich in nutrients.Their functional component anthocyanins are universally accepted as a major source of naturalantioxidants in a healthy diet.In this review,the types,contents, distributions and extraction methods of the anthocyanins in colored potatoes were briefly summarized.And the structuraland regulatory genes involved in the anthocyanins biosynthesis were described in details.In a word,the review was supposed to provide some useful reference for developing and utilizing the anthocyanins in colored potatoes and breeding varieties ofcolored potatoes.

ords:colored potato;anthocyanin;structuralgene;regulatory gene

S532

A

1672-3635（2017）03-0165-13

2016-06-12

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31672206）；重慶市薯類作物專用新品種創(chuàng)制與清潔安全加工主題專項(xiàng)（cstc2015shms-ztzx80003）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）（2013CB127101-4）。

呂英奇（1995-），女，本科生，從事馬鈴薯分子生物學(xué)研究。

董攀，博士，講師，主要從事植物分子生物學(xué)研究，E-mail:dongpan@cqu.edu.cn。