Zinnia elegans ist eine einjährige krautige Zierblume, die aufgrund ihrer Vielfalt an Blütentypen, Farben und Vielseitigkeit in der Landschaftsgestaltung häufig in in- und ausländischen Gärten kultiviert wird. Die Blütenblattfarbe von Zinnia elegans reicht aufgrund des unterschiedlichen Gehalts an Carotinoiden und Anthocyanen weit von Rot über Orange bis Gelb.
β-Carotin ist das Hauptcarotinoid in den Blütenblättern. Wie jedoch die Carotinoid-Spaltungs-Dioxygenase-Gene, die eng mit dem β-Carotin-Abbau verbunden sind, am Carotinoid-Metabolismus in Zungenblüten von Zinnia elegans beteiligt sind und den molekularen Mechanismus der Blütenblattfärbung in verschiedenen Farbsorten von Zinnia elegans regulieren, ist noch unklar und sollte weiter untersucht werden untersucht.
Zierpflanzenforschung veröffentlicht ein Artikel mit dem Titel „Carotinoid-Spaltungsdioxygenase katalysiert den Carotinoid-Abbau und reguliert die Carotinoid-Akkumulation und Blütenblattfärbung in Zinnia elegans“ vom 27. Februar 2024.
In dieser Studie wurde der Gesamtcarotinoidgehalt in drei Sorten von Zinnia elegans bestimmt: Zinnia elegans „Dreamland Red“ (DRE), Zinnia elegans „Dreamland Coral“ (DC) und Zinnia elegans „Dreamland Yellow“ (DY) im vierten Entwicklungsstadium Stufen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Gesamtcarotinoidgehalt in DY-Blütenblättern am höchsten, in DRE jedoch am niedrigsten war. Anschließend wurden drei ZeCCDs (ZeCCD1, ZeCCD4-1 und ZeCCD4-2) aus Zinnia elegans kloniert.
Das bakterielle Pigmentkomplementierungssystem wurde verwendet, um die Carotinoid-Spaltungsfähigkeit dieser Gene weiter zu charakterisieren, die unterschiedliche Spaltungsaktivitäten gegen vier Carotinoide (β-Carotin, ε-Carotin, Zeaxanthin, Lycopin) in E. coli-Zellen zeigten, wobei ZeCCD1 die stärkste war Spaltungsaktivität.
Unterdessen korrelierten die Expressionsniveaus von ZeCCD1 und ZeCCD4-2 in den Blütenblättern verschiedener Sorten signifikant negativ mit dem Carotinoidgehalt. Darüber hinaus wurden die Expressionsmuster und die subzelluläre Lokalisierung von ZeCCDs analysiert.
Die Ergebnisse zeigten, dass ZeCCD1 im Zytoplasma lokalisiert ist, während ZeCCD4-1 und ZeCCD4-2 im Chloroplasten lokalisiert sind, was darauf hindeutet, dass ZeCCD4-2 eine wichtigere Rolle bei der Carotinoidspaltung und Blütenblattfärbung bei Zinnia elegans spielt.
Zusammenfassend unterstreicht diese Studie die Funktion von ZeCCDs bei der Spaltung von β-Carotin, ε-Carotin, Zeaxanthin und Lycopin sowie die Beziehung zwischen dem Expressionsmuster und dem Gesamtcarotinoidgehalt in Blütenblättern. Es unterstreicht auch die wichtige Rolle von ZeCCD4-2 bei der Carotinoidspaltung und legt den Grundstein für weitere Forschungen zum molekularen Mechanismus der Blütenblattfärbung und des Carotinoidstoffwechsels von Zinnia elegans.
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Hongsheng Qing et al., Carotinoid-Spaltungs-Dioxygenase katalysiert den Carotinoid-Abbau und reguliert die Carotinoid-Akkumulation und Blütenblattfärbung in Zinnia elegans, Zierpflanzenforschung (2024). DOI: 10.48130/opr-0024-0003