菜心酸性蔗糖转化酶基因家族的鉴定及表达分析

酸性蔗糖转化酶包括细胞壁蔗糖转化酶和液泡蔗糖转化酶,该家族的基因是植物体内蔗糖代谢的关键基因。为了更好地了解该基因家族在菜心蔗糖代谢调控过程中的作用机制,对该基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统进化树、蛋白质二级结构预测及亚细胞定位、基因结构和保守基序进行生物信息学分析,同时测定该基因家族成员在菜心不同器官中的表达量。结果共鉴定出13个菜心酸性蔗糖转化酶基因家族成员,这些基因分为2类,其中有9个为细胞壁蔗糖转化酶基因(CWINV),4个为液泡蔗糖转化酶基因(VINV),不均匀地分布在7条染色体上。菜心酸性蔗糖转化酶基因家族的蛋白质氨基酸数量大部分集中在500~650个范围内,分子量变化与氨基酸数量变化趋势一致。其蛋白质的二级结构无规则卷曲所占比例最高。该家族蛋白质大部分被定位在细胞质和周质中。基因结构分析结果显示,13个基因中有8个基因均含有10个保守基序。部分酸性蔗糖转化酶存在外显子丢失的情况,大部分基因均含有6个或7个外显子。13个酸性蔗糖转化酶基因在菜心薹茎和花蕾中高表达的成员较多。这为进一步研究菜心酸性蔗糖转化酶基因家族成员在蔗糖代谢调控中的作用提供了数据基础。

菜心不同器官糖含量比较及代谢相关基因的表达分析

【目的】菜心口感脆嫩,营养价值高,是华南地区人们最喜爱的蔬菜之一,其中糖的种类和含量是决定菜心甜度和风味的主要因素。分析菜心不同器官糖含量及与糖代谢和转运相关基因的表达,以探明导致菜心不同器官糖含量差异的分子机制。【方法】采用高效液相色谱法测定菜心叶片、薹茎和花蕾中可溶性糖、蔗糖、葡萄糖和果糖的含量;通过转录组测序技术对菜心叶片、薹茎和花蕾基因的表达量进行全面系统的分析,并利用DESeq2软件鉴定3个不同器官间的差异表达基因,分析糖代谢通路及转运过程涉及的酶编码基因的表达,在基迪奥生信云平台将筛选到的与糖代谢转运相关的差异表达基因和糖含量进行相关性分析,同时利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术对部分基因的表达量进行验证。【结果】糖含量测定结果表明,菜心不同器官之间糖含量差异明显。可溶性糖、蔗糖、葡萄糖和果糖含量均呈现花蕾>薹茎>叶片的趋势。花蕾中葡萄糖含量分别为薹茎和叶片的1.3倍和1.6倍,果糖含量分别为薹茎和叶片的1.42倍和1.78倍。通过分析糖代谢关键酶和转运蛋白编码基因与糖含量变化趋势的一致性,共找出18个与糖含量变化趋势一致的基因。通过分析糖代谢转运中相关差异基因的表达与糖种类及含量的相关性和一致性,鉴定了14个与糖含量变化趋势一致的DEG。合并7个共有基因(Bra020096、Bra029914、Bra033419、Bra037980、Bra027398、Bra006129和Bra006130),共计25个基因与糖含量变化趋势一致。qRT-PCR结果分析表明筛选到的8个差异基因的表达量FPKM值与相对表达水平高度一致,说明测序结果准确可靠。【结论】菜心花蕾中的糖含量高于薹茎和叶片,是由合成相关酶编码基因的表达在薹茎和花蕾中高于叶片所致,研究结果为揭示菜心不同器官中糖代谢及转运的分子机制奠定了一定基础。