白菜BcSOTs的序列特征及在害虫胁迫下的表达模式分析

对白菜硫苷合成相关BcSOTs的序列结构及在害虫取食胁迫下的表达模式进行综合分析,解析其序列结构特征及在抵御害虫胁迫过程中表达模式的异同,为利用基因工程技术调控植物体内硫苷组分和含量及培育高品质白菜品种提供理论依据。在白菜基因组数据库中获得硫苷合成相关的13个BcSOTs的DNA、CDS和氨基酸序列,利用GSDS、NPSA-prabi、Swiss-Pdb Viewer进行序列结构分析,利用PlantCARE对启动子序列进行分析。以白菜‘绿野黑油筒’为材料,利用荧光定量PCR的方法分析8叶期植株叶片中13个BcSOTs在甜菜夜蛾三龄幼虫取食胁迫1、24、48、72 h后的表达模式。13个BcSOTs的核苷酸序列长度相似,除Bra015935的序列仅含有561个核苷酸且明显短于其他12个基因以外,其余基因的序列长度为951~1107 bp;13个BcSOTs在蛋白二级结构上具有高度相似性,主要以α-螺旋、无规卷曲、延伸链和β-转角为主,其中11个(Bra008132、Bra015936、Bra015938、Bra003817、Bra027623、Bra003726、Bra003818、Bra027880、Bra031476、Bra027117、Bra025668)的二级结构中无规卷曲所占的比例最大,2个(Bra015935、Bra027118)α螺旋所占比例最高,除Bra015935、Bra003726外,其他成员所编码蛋白的三级结构也都具有高度相似性;13个BcSOTs的启动子序列中含有大量与逆境胁迫响应和生长发育相关的顺式调控元件,Bra008132、Bra027117和Bra025668三个BcSOTs还分别含有与叶肉细胞分化响应、种子形态发育调控和细胞周期调控相关的一些元件;13个BcSOTs的表达量在白菜受到害虫胁迫不同时间后均出现升高,其中3个BcSOTs(Bra015936、Bra027623、Bra003726)的相对表达量随着取食时间的延长呈现逐渐升高的趋势,其他10个BcSOTs随着取食胁迫时间的延长表达模式变化的趋势有所不同。白菜硫苷合成相关的13个BcSOTs在核苷酸和蛋白序列上具有高度保守性,在不同程度上参与了抵御害虫胁迫的这一抗逆过程,Bra015936、Bra027623和Bra003726这3个成员在这一抗逆过程中可能起着更加重要的作用。研究结果将为进一步深入解析白菜硫苷合成关键SOT基因的生物学功能提供重要的数据支撑,进而为利用基因工程技术调控植物体内硫苷组分和含量以及高品质白菜育种奠定理论基础。

白菜硫苷合成相关BrSOT16的克隆、表达及载体构建

磺基转移酶是催化硫酸基团从3'-磷酸腺苷-5'-磷酸硫酸酯上转移给各种受体分子的酶,在植物生长发育和抗病虫害等方面有重要的作用。本研究以白菜为材料,通过同源克隆得到一个长度为1020 bp的BrSOT16基因。生物信息学分析表明,该基因编码一个含339个氨基酸的稳定亲水蛋白,其分子质量和理论等电点分别为39.25 kD和5.50,含有4个保守区域,属于磺基转移酶家族一员,并且不存在信号肽和跨膜结构域。进化分析表明,BrSOT16与BcSOT16、BnSOT16亲缘关系最近。荧光定量PCR分析结果显示,随着植株不断生长,BrSOT16基因在白菜叶片中的表达量呈现先升高后降低的表达模式,其中在十二叶期时表达量达到最高。利用同源重组的方法构建了BrSOT16基因的植物过表达载体用于该基因的生物学功能分析,为进一步深入研究白菜硫代葡萄糖苷代谢与植株抗逆性关系提供实验材料及技术支撑。