Anthocyanin biosynthesis, quality, and yield in purple sweet potatoes: responses to different potassium fertilizer

花青素 查尔酮异构酶 类黄酮 化学 生物化学 苯丙氨酸解氨酶 查尔酮合酶 类黄酮生物合成 苯丙氨酸 食品科学 基因表达 氨基酸 基因 转录组 抗氧化剂
作者
Jingwei Huang,Qiang Wang,Qingcheng Qiu,Liang Zou,Xueshan Shen,Yan Wan,Huijuan Qu
出处
期刊:Physiologia Plantarum [Wiley]
卷期号:177 (3)
标识
DOI:10.1111/ppl.70247
摘要

Abstract Purple sweet potato (PSP) ( Ipomoea batatas (L.) Lam) is a nutrient‐rich “K‐favoring” crop. The reasonable application of potassium is an important means of improving the quality and yield of PSP. We designed four different forms of potassium fertilizer treatments: K 2 SO 4 , KCl, KH 2 PO 4 , and K 2 HPO 4 , and used qRT‐PCR and HPLC techniques to explore their differences in anthocyanin synthesis, accumulation, quality, and yield in PSP tubers. Our findings indicate that potassium fertilizer treatment enhances the expression of structural genes such as CHI (chalcone‐‐flavonone isomerase) , F3H (naringenin,2‐oxogluturate 3‐dioxygenase‐like) , F3‧H (flavonoid 3′‐monooxygenase) , ANS (leucoanthocyanidin dioxygenase‐like) , DFR (dihydroflavonol 4‐reductase‐like) , and CHS (chalcone synthase) , which encode key enzymes of the anthocyanin metabolism pathway. This is achieved by stimulating the high levels of expression of the transcription factor MYB , which controls anthocyanin accumulation. Consequently, this leads to increased activities of key anthocyanin biosynthetic enzymes Phenylalanine ammonia lyase (PAL, EC 4.3.1.5), chalcone isomerase (CHI, EC 5.5.1.6), dihydroflavonol 4‐reductase (DFR, EC 1.1.1.219), and UDP‐galactose flavonoid 3‐O‐galactosyltransferase (UFGT, EC 2.4.1.234), thereby promoting the synthesis and accumulation of anthocyanins within PSP tubers. This ultimately improves tuber quality and yield. Analysis conducted through hierarchical clustering heat map, principal component analysis (PCA), and comprehensive evaluation revealed that PSP exhibits varying sensitivities to different forms of potassium fertilizer, with KCl treatment significantly enhancing anthocyanin production efficiency. Our results will provide a theoretical basis and data support for the rational selection of potassium fertilizer types for actual PSP production.
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