茶树CsGME1基因的克隆与逆境胁迫响应分析

该研究基于茶树转录组和基因组信息,以茶树‘龙井43’为实验材料,从其cDNA中克隆获得茶树CsGME1基因,并对其蛋白序列特征、基因表达模式及其在不同非生物胁迫下的表达水平进行实时荧光定量分析。结果显示:(1)茶树CsGME1开放阅读框长度为1131 bp,编码376个氨基酸;该序列与多个相关物种的GME氨基酸序列一致性为94.25%,均含有NAD结合域。(2)进化树分析表明,茶树CsGME1基因与番茄SlGME1亲缘关系较近,与水稻OsGME2亲缘关系最远。(3)CsGME1蛋白属于亲水性蛋白,理论相对分子量为42046.84 Da,理论等电点为5.73,具有4个无序化区域,无序化程度较低;CsGME1蛋白二级结构由39.25%α-螺旋,13.26%延伸主链,5.84%β-转角和41.38%随机卷曲组成;三级结构分析结果显示,CsGME1包含螺旋和随机卷曲,与二级结构吻合。(4)荧光定量分析结果显示,在高温(38℃)、低温(4℃)、干旱(20%PEG)和高盐(200 mmol·L-1 NaCl)4种非生物胁迫处理下,茶树CsGME1基因均有响应,且表达存在差异,推测CsGME1参与了茶树的逆境胁迫响应过程。

茶树CsMDHAR基因的克隆与非生物胁迫响应分析

基于茶树转录组数据,以龙井43茶树cDNA为模板,克隆得到开放阅读框(ORF)长度为1 305 bp,编码434个氨基酸的茶树单脱氢抗坏血酸还原酶基因,命名为CsMDHAR。蛋白序列特征和基因表达模式分析表明,CsMDHAR蛋白含有FAD结合功能域,属于FAD依赖的吡啶核苷酸-硫基氧化还原酶(Pyr-redox-2)家族。该蛋白有两个无序化区域,而且包含有32个磷酸化位点,理论相对分子量为47.21 kDa,pI为5.99,属于亲水性蛋白;CsMDHAR蛋白二级结构以α-螺旋和随机卷曲为主。通过PlantCARE和PLACE对启动子上游调控元件进行分析预测,结果显示,CsMDHAR基因启动子上游1 000 bp中含有多个与光、激素以及植物抗逆有关的顺式作用元件。利用荧光定量PCR方法检测龙井43和迎霜的CsMDHAR、CsAO和CsAPX在4种不同非生物胁迫下的表达水平,结果表明,在低温(4℃)胁迫下,两个茶树品种的CsMDHAR、CsAO和CsAPX的表达均受抑制,且品种间的差异较小;在高温(38℃)和干旱(200 g·L^-1 PEG)胁迫下龙井43中的CsMDHAR表达均上调,分别在8 h和2 h时达到最大值,为对照的1.49倍和1.85倍;盐(200 mmol·L^-1 NaCl)胁迫下,CsAO和CsAPX在两种茶树品种中的表达量变化趋势相似,但变化幅度不同,可能与品种间不同的抗逆性有关。

茶树DHAR酶基因的克隆与非生物胁迫响应分析

利用RT-PCR技术从茶树‘龙井43’cDNA中克隆得到1个编码茶树脱氢抗坏血酸还原酶基因CsDHAR,该基因全长639 bp,编码212个氨基酸,属于谷胱甘肽转移酶(GST)超级家族成员,具较高保守性。系统进化分析结果表明CsDHAR蛋白与拟南芥DHAR1、DHAR2进化关系近,在不同物种间,与毛果杨、胡杨等植物亲缘关系较近;理化性质分析表明CsDHAR属于亲水性蛋白;结构分析表明CsDHAR蛋白具典型功能结构域,三级结构主要由α–螺旋和不规则卷曲构成。荧光定量PCR分析显示,CsDHAR在茶树叶片不同发育阶段表达量差异不显著;对‘龙井43’与‘安吉白茶’中CsDHAR进行荧光定量PCR分析,‘龙井43’在低温、高温处理4 h表达量最高、干旱和高盐处理24 h表达量最高;‘安吉白茶’在高温、高盐处理4 h表达量最高,干旱处理2 h表达量最高。不同逆境胁迫下CsDHAR均被诱导表达,表明该基因参与茶树响应逆境胁迫调节过程。