地毯草铝响应基因AcABCG1的克隆与表达分析

铝毒抑制植物根系生长,是酸性土壤上限制作物产量的重要因素之一。ABC转运蛋白在金属离子转运和非生物胁迫应答等方面起作用。本研究以地毯草(Axonopus compressus)为材料,克隆了地毯草编码ABC转运蛋白AcABCG1基因,并对其进行了生物信息学和基因表达模式分析。结果表明,AcABCG1基因cDNA全长为2 434 bp,编码811个氨基酸残基,蛋白分子量为91.85 kD。亚细胞定位预测表明AcABCG1定位于细胞质膜上。定量PCR结果发现,金属铝(Al)、镉(Cd)和镧(La)处理均能显著增强AcABCG1基因在地毯草根系中的表达。不同铝浓度和时间处理进一步表明了AcABCG1基因在转录水平上响应铝胁迫。此外,AcABCG1基因在根中的表达量显著高于茎和叶中的表达量,且AcABCG1基因主要在0~1 cm根尖中表达。本研究结果为进一步挖掘AcABCG1基因参与地毯草耐铝毒的生物学功能奠定基础。

柱花草磷饥饿响应基因SgPHR1和SgPHR2的克隆与表达分析

低磷胁迫是限制作物生长和产量的重要因素之一。磷饥饿响应因子PHR(phosphate starvation response)是植物磷信号调控网络中的关键因子,具有调控植物磷平衡的生物学功能。本研究在柱花草(Stylosanthes guianensis)中克隆到转录因子SgPHR1和SgPHR2基因。SgPHR1和SgPHR2基因cDNA全长分别为1413 bp和849 bp,编码470和282个氨基酸残基,蛋白分子量分别为51.4 kD和30.9 kD。SgPHR1和SgPHR2均为SANT家族成员,包含MYB蛋白结构域和CC蛋白结构域,并具有多个潜在的磷酸化位点。亚细胞定位预测表明,SgPHR1和SgPHR2均定位于细胞核中。实时定量PCR结果表明,SgPHR1基因在柱花草根和叶中的表达量高于茎中的表达量,而SgPHR2基因在叶中表达量显著高于根和茎。缺磷(-P)和缺氮(-N)处理均显著增强了SgPHR1和SgPHR2在柱花草根中的表达。不同缺磷时间处理结果进一步表明了SgPHR1和SgPHR2在转录水平上响应低磷胁迫,暗示SgPHR1和SgPHR2可能参与了柱花草对低磷胁迫的应答。本研究结果为解析柱花草响应低磷胁迫的分子机制提供了候选基因。

过量锰处理对柱花草次级代谢物、酶活性和SgPALs基因表达的影响

以热研二号(RY2)柱花草为材料,分析过量锰处理(100~600μmol/L)对柱花草生长、次级代谢物、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)及SgPALs基因表达的影响,探讨金属锰毒害对柱花草次级代谢途径的影响。结果表明:相对对照锰(5μmol/L)处理,400、600μmol/L锰处理显著抑制柱花草叶片叶绿素浓度、最大光化合速率(F_v/F_m)、地上部和根部生物量。随着外源锰处理浓度(100~600μmol/L)的增加,叶片原花青素、总酚和单宁含量呈现出逐渐增加的趋势,而叶片类黄酮含量逐渐降低。此外,400、600μmol/L锰处理显著增加叶片PAL酶活性,但对PPO活性影响不明显。定量PCR结果表明,过量锰处理对SgPAL1和SgPAL2基因表达影响不明显,但过量锰处理增强了SgPAL3和SgPAL4基因在柱花草叶片中的表达。以上结果说明,柱花草可能通过苯丙氨酸途径调控次级代谢响应金属锰毒胁迫,且SgPAL3和SgPAL4基因可能参与该响应过程。研究结果为探索柱花草响应金属锰毒胁迫机理提供重要依据。

地毯草AcMATE1基因的克隆与表达分析

铝毒被认为是酸性土壤上抑制植物根系生长的重要胁迫因素之一。多药及毒性化合物外排转运蛋白(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)在根系柠檬酸转运耐铝毒中起重要作用。以地毯草(Axonopus compressus)为材料,对AcMATE1基因进行克隆、生物信息学和基因表达分析。结果表明:铝处理抑制了地毯草根系的生长,包括总根长、根表面积和根体积。通过PCR克隆到地毯草AcMATE1基因,该基因cDNA全长1602 bp,编码433个氨基酸残基。AcMATE1蛋白分子量为45.9 kDa,属于疏水性蛋白。AcMATE1蛋白包含MatE保守结构域和9个跨膜结构域。亚细胞定位预测分析结果表明,AcMATE1定位于细胞膜上。实时荧光定量PCR结果表明,金属铝(Al)和镉(Cd)处理显著增强AcMATE1基因在地毯草根系中的表达,而镧(La)处理则抑制AcMATE1基因的表达。并且不同铝浓度和时间处理进一步验证Al可增强AcMATE1基因在地毯草根中的表达。此外,AcMATE1基因在地毯草根、茎和叶中均有表达,且在0~1 cm根段中的表达量高于其他根段中的表达量。本研究结果为解析地毯草响应铝毒害的机理提供候选基因资源。