鹅掌楸AOX家族基因克隆与组织表达分析

鹅掌楸(Liriodendron chinense)为重要的珍贵用材及园林观赏树种,开展抗逆基因的研究,对于提高鹅掌楸适应性有重要意义。该文以鹅掌楸为研究对象,通过采用RT-qPCR与RACE相结合的方法克隆获得3个AOX基因,其ORF长分别为858、1032、1044 bp,相应编码氨基酸数为285、343、347 aa,分别命名为LcAOX1a、LcAOX1b和LcAOX2。蛋白同源性分析发现鹅掌楸AOX家族蛋白序列高度保守,尤其在C端保守性极高,且均含有“EXXH”、“EEE-Y”铁离子结合保守结构域。亚细胞定位分析结果显示LcAOX1a蛋白定位于线粒体及叶绿体之外的其他位置,LcAOX1b蛋白在叶绿体和线粒体中均有定位,LcAOX2蛋白定位于线粒体基质。采用RT-qPCR方法研究AOX基因在鹅掌楸茎、叶片、叶芽、花芽、花萼、花瓣、雄蕊、雌蕊8个不同组织中的表达模式,分析发现鹅掌楸AOX基因在花器官中表达量明显高于营养器官,LcAOX1a与LcAOX1b基因在雄蕊中表达量最高,特别是LcAOX1a基因在雄蕊中特异性表达,其表达量远远高于其他组织;LcAOX2基因在花瓣中表达量最高。该研究克隆3个鹅掌楸AOX基因并进行相关分析,为进一步研究其生物学功能奠定了基础。

北美鹅掌楸LtAGO1基因的克隆、表达及其启动子分析

为深入探究叶原基分化成叶器官的形态建成机制,该研究以北美鹅掌楸为材料,采用RT-PCR和RACE克隆技术获得LtAGO1的cDNA全长和启动子序列并预测其功能,通过RT-qPCR分析LtAGO1在鹅掌楸属中的组织表达模式。同时,经抗性筛选和DNA鉴定获得ProAGO1∷GUS的转基因拟南芥株系,并进一步对T2代阳性植株进行表型和GUS组织化学染色分析。结果表明:(1)LtAGO1基因包含3300 bp的开放阅读框,编码1100个氨基酸,分子量为122.14 kD,理论等电点(pI)为9.36。(2)氨基酸序列分析显示LtAGO1含Gly-rich-AGO1和Piwi两个典型的AGO基因结构域,同源性分析显示LtAGO1蛋白与沉水樟AGO1蛋白(RWR84608.1)亲缘关系最近。(3)组织表达特异性分析显示LtAGO1在北美鹅掌楸不同组织间的相对表达量为雄蕊>花芽>花瓣>花萼>叶片>雌蕊>叶芽>茎,LtAGO1在北美鹅掌楸叶片不同发育阶段的相对表达量为叶芽萌动期>幼叶期>衰老期>成熟期,AGO1在鹅掌楸属叶缘的表达量高于叶片的其他部位且北美鹅掌楸叶凹陷部位的表达量高于叶尖部位。(4)获得叶中-侧轴向和基-顶轴向的极性缺失、叶缘锯齿、重瓣花型的转化株系,GUS组织染色显示ProAGO1启动GUS基因在叶芽顶端稳定表达且在新分化的叶柄上表达较强,在成熟期的茎、叶、花和果的维管束中均特异表达。LtAGO1启动子的GUS活性强度为叶顶芽>花>维管束,这与实时定量PCR结果相一致。综上认为,LtAGO1基因在顶端分生组织特异表达且受到多种途径的调控而参与到叶和花器官的发育进程中。该研究结果为进一步了解北美鹅掌楸LtAGO1基因的基本功能及其调控叶形发育机制提供了理论基础。