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图1-1 花青素骨架结构及常见的6种花青素[5]
花青苷的作用是让果实有各种颜色，它是形成果实表面颜色的一种色素。在农业生产中，果实的色泽是影响果品的商品价值的重要因素之一[7]。所以，研究花青苷的代谢机制，以此为依据为其提供适当的外部调控，对于提高果实中花青苷的含量及果品的经济价值具有重要意义。对植物而言，花青苷形成了各种颜色来吸引授粉者以帮助自己传播种子，还可以提高植物抗低温、干旱的环境，提高抵抗真菌感染的能力，同时可以帮助其应对紫外线带来的伤害以及虫害[5]。对人体健康而言，花青苷具有预防心血管疾病、神经系统方面疾病和与衰老相关的疾病、癌症、降低肥胖风险和降低血脂、改善血糖平衡，增强视力敏锐性等功能[8,9,10]，已成为植物营养素或食品健康的重要标志之一。所以，对花青苷的生物合成与调控进行研究，对农业生产和人类健康有着非常重要的意义。
花青苷的生物合成不仅受到多种转录因子的调控，还受到各种结构基因的调控。目前植物中分离和鉴定的与花青素合成相关的转录因子有3类: (1)R2R3-MYB蛋白，包括了PAP1 和 PAP2；(2)MYC家族的bHLH蛋白；(3)WD40蛋白[11]。它们常结合成为MBW复合体发挥调控作用，以调节花青苷相关结构基因的转录丰度[11]。
图1-2 花青苷的生物合成途径
首先由苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia-lyas, PAL) 催化苯丙氨酸脱氨基生成肉桂酸，之后肉桂酸经过肉桂酸羧化酶(Cinnamate 4-hydroxylase, C4H)和对-香豆-CoA连接酶(4-Coumarate, 4CL)的催化形成对-香豆酰-CoA。CHS即查尔酮合酶，其主要的作用是催化合成查尔酮，作用底物为4-香豆酸CoA与丙二酸CoA。类黄酮的合成需要的基本碳骨架便是通过此反应获得，CHS是此过程中的一个关键酶。CHI催化查尔酮生成4'，5'，7'-三羟基黄烷酮的反应可自发进行，但CHI可将反应效率提高7到10倍[12]。F3H是该合成通路分支处的关键酶，其作用是催化生成二氢黄酮醇，其作用底物为4'，5'，7'-三羟基黄烷酮。二氢黄酮醇既是黄酮醇的合成前体，又是花色素的合成前体。二氢黄酮醇4–还原酶（Dihydroflavonol-4-reductase，DFR）在花青苷合成过程中后期表达，是中后期的第一个关键酶。在以NADPH为辅因子的条件下，把4位的羰基还原为羟基，催化DHM、DHK、DHQ等3种不同的二氢类黄酮醇底物，使其反应生成无色原花色素、天竺葵素、无色翠雀素和无色矢车菊素[13]。类黄酮–3–羟化酶（Flavonoid-3′-hydroxylase，F3′H）与类黄酮–3′,5′–羟化酶 （ Flavonoid-3′,5′-hydroxylase， F3′5′H）两个酶催化类黄酮 B 环上羟基化反应，它们都来自细胞色素P450家族。F3′H 催化生成花葵素糖苷。F3′5′H催化生成紫色或蓝色的翠雀素糖苷。花色素合成酶（Anthocyanidin synthase，ANS/ Leueoanthoeyanidin dioxygenase，LODX）催化无色的花色素形成有色花色素苷的前体[14]。ANS 已经在许多植物身上克隆得到，一般包含了2个外显子和1个内含子。在拟南芥中已经获得了ANS的三文结构，是属于2-ODD 家族的蛋白[15]。类黄酮葡萄糖苷转移酶（UDPGlucose-flavoniod glucosytransterase，UFGT）能将催化完成花青素第3、5 位的糖基化，将花青素从不稳定的形态转化为稳定的花色素苷形态，并且可以使不具颜色的花青素转化为有颜色的花青苷。
PAL和CHI在调控花青苷合成的过程中发挥了极为关键的作用[28]。在花青苷的生物合成中, PAL是发挥作用的第一个酶，它将苯丙氨酸转化为肉桂酸，对控制花青苷合成的速度有重要作用。CHI将四羟基查尔酮转化为柚配基，该反应发生在花青苷合成出现分支前的最后一步，与PAL一样在调控合成上有重要作用。