Structure and expression analysis of the sucrose synthase gene family in apple

Sucrose synthases(SUS) are a family of enzymes that play pivotal roles in carbon partitioning, sink strength and plant development. A total of 11 SUS genes have been identified in the genome of Malus domestica(Md SUSs), and phylogenetic analysis revealed that the Md SUS genes were divided into three groups, named as SUS I, SUS II and SUS III, respectively. The SUS I and SUS III groups included four homologs each, whereas the SUS II group contained three homologs. SUS genes in the same group showed similar structural characteristics, such as exon number, size and length distribution. After assessing four different tissues, Md SUS1 s and Md SUS2.1 showed the highest expression in fruit, whereas Md SUS2.2/2.3 and Md SUS3 s exhibit the highest expression in shoot tips. Most Md SUSs showed decreased expression during fruit development, similar to SUS enzyme activity, but both Md SUS2.1 and Md SUS1.4 displayed opposite expression profiles. These results suggest that different Md SUS genes might play distinct roles in the sink-source sugar cycle and sugar utilization in apple sink tissues.

Molecular cloning,characterization and expression profile of the sucrose synthase gene family in Litchi chinensis

Sucrose synthase(SUS,EC 2.4.1.13)is widely considered as a key enzyme involved in plant sucrose metabolism,and the gene family encoding different SUS isozymes has been identified and characterized in several plant species.However,to date scant information about the SUS genes is available in Litchi chinensis Sonn.Here,we identified five SUS genes in litchi.These Lc SUSs shared high levels of similarity in both nucleotide and amino acid sequences.Their gene structure,phylogenetic relationships,and expression profiles were characterized.Gene structure analysis indicated that the Lc SUSs have similar exon-intron structures.Phylogenetic analysis revealed that the five members could be classified into three groups(LcSUS1 and LcSUS2 in SUSⅡ,LcSUS4 and LcSUS5 in SUSⅢ,and LcSUS3 in SUSⅠ),demonstrating evolutionary conservation in the SUS family across litchi and other plant species.The expression levels of Lc SUSs were investigated via real-time PCR in various tissues and different developmental stages of aril.For tissues and organs,Lc SUSs exhibited distinct but partially redundant expression profiles in litchi,being predominantly expressed in young leaves(sink).During aril development,the expression pattern of LcSUS1 was consistent with the trend of sugar accumulation,indicating it may play important roles in determination of sink strength in aril.Moreover,transcript levels of LcSUS2,LcSUS4,and LcSUS5 varied between cultivars with different hexose/sucrose ratios,which may regulate the sugar composition in aril.Our results provide insights into physiological functions of SUS genes in litchi,especially roles in regulating sugar accumulation in aril.

小麦SUS基因家族鉴定与生物信息学分析

【目的】对小麦蔗糖合成酶(sucrose synthase,SUS)基因家族进行鉴定和生物信息学分析,为探究小麦SUS(TaSUS)基因家族的作用机制提供理论参考。【方法】采用生物信息学方法在小麦全基因组上鉴定TaSUS基因家族成员,并对其系统进化关系、染色体位置、基因结构、保守结构域、启动子顺式作用元件和基因表达模式进行分析。【结果】在小麦基因组中共鉴定到分布于14条染色体上的24个TaSUS基因,可分为3个亚组。TaSUS基因含有多个外显子,但部分基因缺失非翻译区结构。TaSUS基因家族成员启动子区域包含45种顺式作用元件,涉及植物生长发育和逆境胁迫响应。大多数TaSUS基因在小麦穗中显著表达,在叶、茎和根中的相对表达量较低。【结论】研究结果有助于了解小麦SUS基因家族的进化,为后期小麦SUS基因家族的生物功能研究奠定理论基础。

哈姆林甜橙蔗糖合酶Ⅰ和酸性转化酶基因表达与果实糖积累的关系

蔗糖合酶(Sucrose synthase,SS)与酸性转化酶(Acid invertase,AI)是甜橙糖代谢过程中的两个关键酶,SS催化尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖和果糖合成蔗糖的可逆反应,AI则不可逆的催化蔗糖分解为果糖和葡萄糖,它们在甜橙糖代谢过程中起着重要作用。笔者以哈姆林甜橙品种为试验材料,采用半定量RT-PCR法,对4个时期哈姆林叶片中的SSI基因和AI基因的表达进行了分析。结果表明,4个时期哈姆林叶片中均可检测到SSI基因和AI基因在转录水平上的表达,但表达量存在差异。SSI基因在果实发育过程中表达量呈"低-高-低-高"趋势。AI基因在哈姆林果实发育成熟过程中的表达逐渐减弱,与果实糖累积呈负相关。

Comparison of Five Endogenous Reference Genes for Specific PCR Detection and Quantification of Rice

Endogenous reference genes (ERGs) provide vital information regarding genetically modified organisms (GMOs). The successful detection of ERGs can identity GMOs and the source of genes, verify stability and reliability of the detection system, and calculate the level of genetically modified (GM) ingredients in mixtures. The reported ERGs in rice include sucrose-phosphate synthase (SPS), phospholipase D (PLD), RBE4 and rice root-specific GOS9 genes. Based on the characteristics of ERGs, a new ERG gene, phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC), was selected, and further compared with the four existing genes. A total of 18 rice varieties and 29 non-rice crops were used to verify the interspecies specificity, intraspecies consistency, sensitivity, stability and reliability of these five ERGs using qualitative and quantitative PCR. Qualitative detection indicated that SPS and PEPC displayed sufficient specificity, and the detection sensitivity was 0.05% and 0.005%, respectively. Although the specificity of both RBE4 and GOS9 were adequate, the amplicons were small and easily confused with primer dimers. Non-specific amplification of the PLD gene was present in maize and potato. Real-time quantitative PCR detection indicated that PLD, SPS and PEPC displayed good specificity, with R2 of the standard curve greater than 0.98, while the amplification efficiency ranged between 90% and 110%. Both the detection sensitivities of PLD and PEPC were five copies and that of SPS was ten copies. RBE4 showed typical amplification in maize, beet and Arabidopsis, while GOS9 was found in maize, tobacco and oats. PEPC exhibited excellent detection sensitivity and species specificity, which made it a potentially useful application in GM-rice supervision and administration. Additionally, SPS and PLD are also suitable for GM-rice detection. This study effectively established a foundation for GMO detection, which not only provides vital technical support for GMO identification, but also is of great significance for enhancing the comparability of detection results, and the standardization of ERG testing in GM-rice.

柠檬蔗糖代谢关键酶基因家族鉴定及表达分析

【目的】对柠檬蔗糖代谢关键酶基因家族成员进行鉴定,并分析其在蔗糖积累有明显差异的2个柠檬品种果实发育过程中的表达情况,为揭示柠檬蔗糖代谢关键酶在果实发育中的作用机制及柠檬与其他柑橘类果实蔗糖代谢分子机制提供理论依据。【方法】运用生物信息学方法鉴定柠檬蔗糖代谢关键酶[蔗糖合成酶(SUS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、蔗糖转化酶(INV)]基因家族成员,对其基本理化性质、保守基序、基因结构、系统进化、蛋白质保守功能域、顺式作用元件和进化模式等进行全面分析。基于转录组数据分析柠檬蔗糖代谢关键酶基因家族成员在不同组织中的表达模式,并利用实时荧光定量PCR检测其在果皮和果肉发育过程的表达情况。【结果】从柠檬基因组共鉴定获得6个ClSUS基因家族成员(ClSUS1~ClSUS6)、4个ClSPS基因家族成员(ClSPS1~ClSPS4)和15个ClINV基因家族成员(ClINV1~ClINV15),其中ClSPSs基因编码的氨基酸数量最多,ClSUSs、ClSPSs和ClINVs基因编码的保守基序数量和种类大致相同,ClSUSs基因内含子数目为12~14个,ClSPSs基因的内含子数目为12~13个,ClINVs基因的内含子数量为1~11个。ClSUS基因家族成员和ClINV基因家族成员各分为3个亚家族,ClSPS基因家族分为2个亚家族。ClSUS6、ClINV1和ClINV8蛋白均扩张出新的结构域,依据结构域不同,ClINV蛋白家族成员分为2种不同水解酶类型。ClSUSs、ClSPSs和ClINVs基因启动子区域均含有激素响应、光响应、胁迫响应和生长发育调控元件。共25个基因不均匀地分布在染色体上,出现基因串联和片段复制现象。基于转录组数据分析,发现仅有21个基因表达,其中7个基因在柠檬不同组织中特异性表达。21个基因的相对表达量与葡萄糖、果糖和蔗糖含量呈不同程度相关性,其中有9个基因与柠檬葡萄糖、果糖和蔗糖含量呈明显正相关或负相关。实时荧光定量PCR检测结果显示,ClSUSs、ClSPSs和ClINVs基因整体上在果皮中的表达量均比果肉中的表达量高,在果皮中高表达的基因有ClSUS4、ClSPS2、ClINV14和ClINV1,推测这些基因在柠檬果实可溶性糖积累过程中起重要调控作用。【结论】鉴定出的25个柠檬蔗糖代谢关键酶基因家族成员在理化性质与基因结构方面均存在明显差异,具有明显的组织表达特异性,部分成员如ClSUS4、ClSPS2、ClINV1和ClINV14等是调控柠檬果皮和果肉可溶性糖含量差异的关键基因。

Polyphosphate Accelerates Transformation of Nonstructural Carbohydrates to Improve Growth of ppk-Expressing Transgenic Rice in Phosphorus Deficiency Culture

Crop yield and quality are often limited by the amount of phosphate fertilizer added to infertile soils,a key limiting factor for sustainable development in modern agriculture.The polyphosphate kinase(ppk)gene-expressing transgenic rice with a single-copy line(ETRS)is constructed to improve phosphate fertilizer utilization efficiency for phosphorus resource conservation.To investigate the potential mechanisms of the increased biomass in ETRS in low phosphate culture,ETRS was cultivated in a low inorganic phosphate(Pi)culture medium(15μmol/L Pi,LP)and a normal Pi culture medium(300μmol/L Pi,CP),respectively.After 89 d of cultivation in different concentrations of phosphate culture media,the total phosphorus,polyphosphate(polyP),biomass,photosynthetic rate,nonstructural carbohydrate(NSC)contents,related enzyme activities,and related gene expression levels were analyzed.The results showed that ETRS had a high polyP amount to promote the photosynthetic rate in LP,and its biomass was almost the same as the wild type(WT)in CP.The NSC content of ETRS in LP was higher than that of WT in LP,but slightly lower than that of WT in CP.PolyP notably promoted the sucrose phosphate synthase activities of ETRS and significantly down-regulated the expression levels of sucrose transporter genes(OsSUT3 and OsSUT4),resulting in inhibiting the transport of sucrose from shoot to root in ETRS.It was concluded that polyP can stimulate the synthesis of NSCs in LP,which improved the growth of ETRS and triggered the biological activities of ETRS to save phosphate fertilizer.Our study provides a new way to improve the utilization rate of phosphate fertilizer in rice production.

植物SUS基因家族的系统进化及其在玉米中的干旱诱导表达分析

利用生物信息学方法从50个物种内鉴定出283个蔗糖合酶(SUS)家族成员,对鉴定出的SUS家族成员进行系统发育分析、共线性分析、蛋白理化性质和亚细胞定位分析,以及干旱胁迫下玉米SUS基因在不同组织的表达模式分析,综合全面地分析了SUS基因家族的进化规律。系统发育树分析表明:SUS家族可划分为SUSⅠ、SUSⅡ、SUSⅢ三个亚家族,SUSⅢ内部双子叶植物进化枝明显分为两个拓扑结构相似的进化枝;亚细胞定位结果显示SUS蛋白主要在细胞质和细胞核中发挥作用,且SUSⅢ成员的理化性质与SUSⅠ、Ⅱ之间差异明显;共线性结果表明:SUSⅠ、Ⅱ中的共线性基因分别聚成一个独立的亚群,SUSⅢ的共线性基因聚成两个亚群;RNA-seq数据表明:玉米SUS基因Zm00001d045042、Zm00001d029087、Zm00001d029091、Zm00001d014876在干旱胁迫下呈现差异表达,该表达模式分别与各亚家族的基因结构模式较为一致。综合上述研究,推测出植物SUS基因的进化轨迹,即在蕨类植物到种子植物进化过程中分化出SUSⅢ,在被子植物分化以前出现SUSⅠ和SUSⅡ,且SUSⅢ在双子叶植物中具有继续分化的趋势。

蔗糖代谢中蔗糖磷酸合成酶(SPS)的研究进展

蔗糖磷酸合成酶(sucrosephosphatesynthase,SPS)参与植物的生长发育,而植物生长发育所需要的光合产物大部分以蔗糖的形式供应和运输,其中蔗糖磷酸合成酶是蔗糖进入各种代谢途径所必需的关键酶之一。本文综述了蔗糖磷酸合成酶生物学功能,基因表达调控及进化,SPS基因的克隆及遗传转化植株的表现;并进一步对蔗糖磷酸合成酶的研究作出设想。

植物蔗糖合成酶功能与分子生物学研究进展

蔗糖合成酶在植物生长发育过程中有着举足轻重的作用。叶片光合产物向“库”器官运输的主要形态是蔗糖,而蔗糖合成酶是蔗糖进入各种代谢途径所必需的关键酶之一。在此,综述了蔗糖合成酶(SuSy)在高等植物蔗糖代谢中的作用,SuSy基因的克隆、表达调控机理以及SuSy转基因植株的表现;并进一步对蔗糖合成酶的研究作出设想。

甘蔗B家族蔗糖磷酸合成酶基因SofSPSB的克隆及原核表达

【目的】克隆甘蔗B家族SofSPSB基因并进行原核表达,为进一步研究甘蔗SPS酶学特性及SPS活性调控机制奠定基础。【方法】在进化分析的基础上,通过同源克隆获得甘蔗SofSPSB基因部分序列,再结合RACE技术获得全长cDNA序列。扩增SofSPSB基因ORF并连到原核表达载体pETBlue-2上,导入大肠杆菌BL21(DE3)中表达。【结果】通过比对B家族中进化关系很近的玉米(Zea mays)ZmSPS1和水稻(Oryza sativa)OsSPS1基因序列,并在保守区设计一对引物扩增获得甘蔗B家族SPS基因(SofSPSB)2330bp序列。结合5'-RACE和3'-RACE技术获得3481 bp SofSPSB基因全长cDNA序列,该序列包含一个3225bp的开放阅读框(ORF);起始密码子(ATG)位于转录起始位点后56bp处,终止密码子(TGA)后有一段201bp的非编码序列,并带有真核生物典型的polyA尾巴;编码1074个氨基酸,SofSPSB与Zm-SPS1、OsSPS1的核苷酸序列同源性分别为94.7%和81.3%,氨基酸序列同源性分别为96.0%和83.9%;其理论分子量Mw=118.96kDa,等电点pI=6.30。经原核表达后纯化获得带6×His标签的融合蛋白。【结论】克隆获得甘蔗B家族Sof-SPSB基因全长cDNA序列,成功构建了SofSPSB基因原核表达载体,使其在大肠杆菌BL21(DE3)中表达。

紫色马铃薯查尔酮合成酶基因(CHS)的克隆及分析

【目的】从紫色马铃薯中克隆CHS的cDNA全长序列,并分析其组织表达水平以及诱导剂处理后基因的表达与花青素含量积累之间的关系。【方法】采用RT-PCR和RACE方法克隆紫色马铃薯CHS的cDNA全长序列,通过在线软件进行核苷酸序列和氨基酸序列分析,半定量RT-PCR检测StCHS在紫色马铃薯组织中的表达特异性以及蔗糖和赤霉素处理后StCHS的表达。采用分光光度计法测定紫色马铃薯花青素含量。【结果】克隆获得紫色马铃薯CHS的cDNA全长1 490 bp,包含1 170 bp的ORF,该基因编码389个氨基酸。推测StCHS蛋白含有Cys164、Phe215、His303和Asn3364个活性位点,构成CHS蛋白的催化中心。StCHS的表达具有组织特异性,在茎、叶柄和叶中表达较强,在根、块茎和叶轴中几乎检测不到CHS的表达。赤霉素能促进CHS的表达从而促进花青素的积累;蔗糖能够显著促进紫色马铃薯花青素的积累,但对CHS的表达影响不明显。【结论】从紫色马铃薯中克隆获得CHS的cDNA全长序列,该基因表达具有组织特异性,StCHS是紫色马铃薯花青素合成途径中的一个限速酶基因。

甘蔗蔗糖合成酶基因的克隆

促使蔗糖进入各种代谢途径的关键酶之一是蔗糖合成酶,它也是蔗糖代谢关键酶中极其重要的一种酶.以甘蔗基因组DNA为模板,用PCR技术分段扩增并克隆了甘蔗蔗糖合成酶(Sucrose synthase)基因片段,并进行序列测序,表明该基因全长约为7·5kb,与LingleS.E等报道的甘蔗蔗糖合成酶(SuSy2)基因序列相似性达到99·5%,推导的氨基酸序列同源性达到100%.该序列包含约1·9kb的上游启动子调控区域,16个外显子,15个内含子,3不翻译区等,开放读码框(ORF)编码802个氨基酸,氨基酸序列中存在糖代谢关键酶家族保守的14-3-3蛋白磷酸化位点Ser/Thr,为进一步在转录水平上阐明蔗糖合成酶的表达调控机制奠定了基础.

桃不同发育时期主要糖类含量和蔗糖合成酶基因表达水平的动态变化

为了揭示桃不同发育时期的果实、叶片、韧皮部中主要糖类含量的动态变化及其机理,以水蜜桃品种湖景蜜露为材料,采用高效液相色谱仪测定花后45 d、65 d、85 d、105 d时果实、叶片、韧皮部中蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇含量,并利用荧光定量PCR测定6个蔗糖合成酶基因的表达水平。结果显示,湖景蜜露果实以积累蔗糖为主,叶片和韧皮部以积累山梨醇为主,是典型的葡萄糖/果糖≈1的品种。花后105 d时果实中,蔗糖含量最高,其次是果糖和葡萄糖,山梨醇含量最低;相反,花后45~105 d,韧皮部和叶片的山梨醇含量均最高,蔗糖含量最低。花后45 d果实中蔗糖含量最低,盛花后85 d达到最高值,随后下降直到采收;花后45~105 d果实中葡萄糖、果糖、山梨醇含量的变化趋势与蔗糖相反。花后45~105 d,果实中果糖和葡萄糖含量显著高于叶片和韧皮部,而叶片和韧皮部之间无显著差异。花后65 d至果实采收期间叶片中山梨醇含量与果实中蔗糖含量变化趋势非常相似。果实和韧皮部发育过程中Pp Sus3远远高于其他基因的表达水平,Pp Sus1在叶片的整个发育过程中表达水平最高。表明Pp Sus3在果实和韧皮部、Pp Sus1在叶片中对糖类代谢可能具有更重要作用。

甘蔗蔗糖磷酸合成酶SPSⅢ基因表达的初步研究

【目的】了解蔗糖磷酸合成酶基因在甘蔗中表达特性及其对甘蔗糖分积累影响的作用机理。【方法】以甘蔗品种桂糖28号(GT28)、拔地拉、新台糖20号(ROC20)、新台糖22号(ROC22)为供试材料,选取0叶、+1叶、幼嫩叶鞘、幼茎,通过半定量RT-PCR法对甘蔗SPSIII基因的表达进行分析。【结果】SPSIII在4个甘蔗基因型中的0叶、+1叶、幼嫩叶鞘和幼茎中均有表达,在GT284个不同部位的表达量较低,在拔地拉4个不同部位表达较均匀,在ROC204个部位中以嫩叶鞘的表达较高,在ROC22中以幼茎的表达较高。【结论】SPSIII在4个甘蔗基因型中的0叶和+1叶、幼嫩叶鞘和幼茎中均有表达,但SPSIII表达因甘蔗基因型不同而有所差异。

甜瓜果实蔗糖磷酸合成酶基因cDNA片段的克隆及表达分析

根据在GenBank中登录的番茄、马铃薯等蔗糖磷酸合成酶基因的保守序列设计引物,采用RT-PCR方法从甜瓜花后25d的果实总RNA中扩增出目标cDNA片段,克隆到pMD18-T载体中。序列分析表明,该片段与番茄蔗糖磷酸合成酶氨基酸序列同源性为98.9%,GenBank中登记号为DQ355797。通过Northernblot检测其在甜瓜果实不同发育时期的表达变化,结果表明该基因在甜瓜果实花后25d开始表达,随着果实的成熟,表达量升高。

蔗糖合酶基因启动子克隆及其转基因水稻植物中特异性表达

以水稻品种“明恢 6 3”基因组 DNA为模板 ,用 PCR方法克隆出水稻蔗糖合酶基因起始密码子以前 (包括第一内含子 )的上游序列 RSP1及其不包括第一内含子的上游调控序列 RSP2。测序结果显示 ,在重要的功能区段上 ,克隆的序列与 Wang(1992 )等的报道基本一致。构建了由 RSP1和 RSP2驱动报告基因 Gus的植物表达载体 ,并用于农杆菌介导法水稻遗传转化。对水稻品种“秀水 11”转基因植株各部位的 GUS组织化学分析表明 :RSP1和 RSP2都可以驱动Gus基因在根、茎、叶及颖壳中高效特异表达 ,但在胚和胚乳中不表达。作者认为 。

花生蔗糖合酶基因AhSuSy的克隆和干旱胁迫表达分析

蔗糖合酶（sucrose synthase,SuSy）是蔗糖代谢途径中的关键酶,在植物生长、发育和渗透调节过程中起着重要的作用。本研究利用同源克隆、RACE和TAIL-PCR相结合的方法从花生叶片中分离了蔗糖合酶基因,命名为AhSuSy（Gen Bank登录号为JF346233）。该基因cDNA序列全长2790bp,包含一个2421bp的开放阅读框（ORF）,5′端非编码区57bp,3端非编码区为312bp。根据编码区预测AhSuSy编码806个氨基酸,与大豆、拟南芥、玉米等植物中相关蛋白的氨基酸序列同源性达75%以上;成功构建了该基因的原核表达载体pET32a-AhSuSy,在IPTG诱导下得到92kD左右的蛋白,与理论值一致。半定量RT-PCR分析表明AhSuSy在花生根、茎、叶中均有表达。利用10%PEG模拟干旱处理花生幼苗,分析胁迫后AhSuSy的转录水平,同时测定蔗糖合酶活性和蔗糖含量,发现三者均表现为处理后4~12h逐渐升高,相关性分析显示花生中蔗糖含量与蔗糖合酶活性的相关系数达0.993（P=0.007〈0.01）,处理后12~24h逐渐降低。推测该基因响应干旱调控,在花生抗旱胁迫中可能起着一定的作用。

利用实时荧光定量PCR法检测转基因水稻外源基因拷贝数的研究

转基因植物中外源基因拷贝数是影响目的基因表达水平和遗传稳定性的重要因素,因此外源基因拷贝数的检测成为转基因研究的关键.利用高通量、快速、灵敏的SYBR GreenⅠ荧光定量实时PCR法,检测了转大麦烟酰胺合成酶基因(NAS1)水稻中外源基因拷贝数.以蔗糖磷酸合成酶基因(SPS)作为水稻的内源参照基因,通过梯度稀释法,分别获得了NAS1和SPS基因的Ct值与起始模板数的相关性标准曲线,相关系数分别为0.99976和0.99571,相关性高.通过目的基因NAS1和水稻内源参照基因SPS起始模板数的比较,获得了目的基因在转基因水稻中的拷贝数,在8株转基因株系中,1株为假阳性,1株拷贝数为1,3株拷贝数为2,其余3株拷贝数分别为3、4和7,而阴性对照拷贝数为0.这种方法快速、简便、准确,可以满足转基因育种工作中对后代优良株系的选择.

转Susy基因对棉花农艺性状的影响

以新陆早13号为受体,对利用花粉管通道法得到的转蔗糖合成酶基因(Sucrose Synthase Gene,Susy)棉花进行研究,比较转Susy基因植株T5代株系与受体新陆早13号形态性状、产量性状和纤维品质的差异,结果表明,Susy基因的导入对棉花各农艺性状有不同程度的影响,各性状变异系数增加,其中果枝数和皮棉产量差异显著;植株叶片和茎秆的表皮茸毛密集,数量比对照显著增加5倍;纤维长度和强度略有增加,马克隆值降低,品质得到改善。有望为棉花品质育种提供优良材料。