巴西橡胶树中碱性转化酶HbNINa基因的克隆和表达模式分析

检索橡胶树EST和基因组数据库,发现了1个在叶片中高丰度表达的中碱性转化酶基因。采用RT-PCR和RACE技术获得了该基因的cDNA和基因组序列,命名为HbNINa。序列分析结果显示,HbNINa基因cDNA序列的编码区(CDS)序列长度为1 719 bp,对应的基因组序列为3 696 bp。序列分析表明,该基因编码571个氨基酸多肽,推测其分子量大小为65.7 ku,等电点为6.36。HbNINa蛋白包含植物中碱性转化酶的全部保守结构域。基因组结构分析显示HbNINa基因包含4个外显子和3个内含子。QPCR分析结果表明,HbNINa基因在在胶乳中表达水平极低,而在其他组织如树皮、树叶和雌花中的表达丰度相对较高。在叶片发育过程中,HbNINa在叶片发育的初期高丰度表达,推测HbNINa可能参与叶片蔗糖利用,进而在橡胶树叶片发育过程中起重要作用。

橡胶树中碱性转化酶基因HbNIN8的克隆与表达分析

蔗糖是高等植物光合产物的重要存储方式,而转化酶和蔗糖合酶是水解蔗糖的主要酶。研究基于橡胶树的基因组和转录组数据,采用RT-PCR技术克隆到一个中碱性转化酶基因HbNIN8的全长cDNA。该基因预测编码630个氨基酸。同源和亚细胞定位分析表明,HbNIN8属于α类中碱性转化酶,叶绿体定位。应用毕赤酵母真核表达获得其重组蛋白,分析了其酶活性特点,HbNIN8在毕赤酵母中重组蛋白的最适pH为7.5,最适温度为45℃。实时荧光定量PCR分析表明,HbNIN8主要在叶片中表达,其表达量随着叶片的成熟而逐渐增加,在稳定期叶片中达到最大,在成熟叶片中,HbNIN8的表达呈现明显的昼夜差异,晚上的表达水平相对高于白天。因此,HbNIN8很可能是负责将叶绿体中的蔗糖水解为单糖,从而调控橡胶树叶绿体内蔗糖和淀粉的分配。

橡胶树中碱性转化酶HbNIN9表达及酶学特性分析

转化酶作为蔗糖分解代谢的关键酶,在植物生长发育、生物与非生物胁迫响应等生理过程中发挥重要作用。基于对橡胶树不同组织转录组数据库的分析,本研究克隆了一个在橡胶树种子中有较高丰度表达的中碱性转化酶基因HbNIN9;系统进化分析和在线软件预测均显示其亚细胞定位为线粒体,属于中碱性转化酶α亚族成员;利用原核表达体系成功获得Hb NIN9优化表达的重组蛋白,优化表达的诱导条件为0.5 mmol/L IPTG,25℃培养6 h;酶学特性分析表明,HbNIN9蛋白酶活反应的最适温度为45℃,最适pH值为7.5,米氏常数Km值为18.09 mmol/L。本研究从蛋白水平证实了Hb NIN9为典型的中碱性转化酶,有助于深入揭示线粒体型转化酶在橡胶树种子糖代谢中生理功能,丰富橡胶树中碱性转化酶家族成员的生理生化研究。

黑皮果蔗中碱性蔗糖转化酶基因ShINV6的克隆与表达分析

在高等植物中,蔗糖转化酶广泛参与调节植物的生长发育、生物和非生物胁迫应答等过程,在控制光合产物在不同库组织的分配上起重要作用,是决定作物经济产量的关键酶。本研究以黑皮果蔗‘Badila’为实验材料,克隆了一个果蔗蔗茎中碱性转化酶基因ShINV6,并对其序列特征、表达特性及其编码蛋白的酶学特征进行了分析。生物信息学分析发现ShINV6基因cDNA全长共2859 bp,其中编码区为1254 bp,共编码417个氨基酸,其中精氨酸(Arg)含量最高,为12.7%,分子质量为46.29 kD,理论等电点为10.89,进化关系分析发现ShINV6蛋白与甘蔗、玉米、高粱等单子叶作物的中碱性蔗糖转化酶高度同源,具有典型的Glyco_hydro_100结构域,多重序列比对发现ShINV6蛋白的C端比其他转化酶少约130个氨基酸,细胞定位和亲水性分析预测ShINV6蛋白可能为细胞质中的亲水性蛋白。在果蔗生长发育过程中,观测蔗茎中的蔗糖含量变化,发现随着种植时间的延长蔗糖含量逐渐增加,其中10月至11月是糖分积累最多的月份。荧光定量PCR结果显示9月份ShINV6表达量达到最大值,结合果蔗生长期生物产量增长规律推测ShINV6很可能参与了蔗茎生长旺盛期光合作用产物蔗糖在蔗茎(库)中的卸载过程,把蔗糖转化成己糖以供蔗茎快速生长。