青冈栎原花青素合成基因的鉴定与分析

【目的】对青冈栎原花青素(缩合单宁)合成基因进行鉴定及生物信息学分析,可为青冈栎果实资源开发利用和品种改良奠定分子基础。【方法】基于已公布的青冈栎全基因组测序数据,利用生物信息学方法对原花青素合成基因进行鉴定,并分析其蛋白质序列、染色体定位、种间共线性、基因结构及系统发育关系。【结果】青冈栎中11种原花青素合成基因有42个家族成员,分布在11条染色体上;蛋白质理化性质在具有多拷贝数的QgPAL、QgC4H、Qg4CL、QgF3′H基因家族成员间存在差异;Qg4CL8、Qg4CL14、Qg4CL17、QgF3’H2、QgC4H4蛋白具有2~3个跨膜区域,表明这些蛋白可能在细胞内外信号转导中发挥重要作用;基因家族成员在栎属中进化比较保守,通过栎属古老的全基因组复制及串联重复和片段重复扩张;QgPAL2~QgPAL6和Qg4CL15基因分别与拟南芥中参与原花青素合成的AtPAL1~2和At4CL3聚为同一分支,可能在原花青素生物合成中发挥重要作用;Qg4CL基因家族在系统发育树中进化出新的分支,其家族成员表现出基因结构的多样性,并在4CL基因的高度保守基序中发生氨基酸位点的突变,推测这些基因可能因进化出新功能而被保留下来。【结论】青冈栎原花青素合成基因通过多种复制方式进行扩张,复制基因在栎属中相对保守,在青冈栎中表现出理化性质、蛋白结构和进化模式的多样化。采用生物信息学方法分析了原花青素合成基因的特征和进化模式,这为深入解析栎属植物单宁合成机制奠定了分子基础。

虎杖转录因子PcMYB2的表达特性和功能分析

对虎杖R2R3-MYB转录因子PcMYB2进行转录活性鉴定和表达特性分析,并在转基因拟南芥和转基因毛状根中进行功能研究。利用酵母单杂交试验分析PcMYB2的转录活性;实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术检测虎杖中PcMYB2的表达模式;DMACA法检测PcMYB2转基因拟南芥和虎杖毛状根中的原花青素含量。酵母单杂试验表明,PcMYB2具有转录激活活性;RTqPCR结果显示,PcMYB2在虎杖根、茎、叶中均有表达,在叶中表达量最高,并且ABA和H_(2)O_(2)外源处理可诱导叶片中PcMYB2的表达;与野生型拟南芥相比,转基因拟南芥种皮颜色加深,原花青素含量为野生型的1.8倍;与野生型毛状根相比,转基因毛状根DMACA染色更深,原花青素含量为野生型的2.3倍。PcMYB2具有转录激活活性,且促进植物原花青素的生物合成。

珙桐MYB转录因子DiMYB1基因的克隆及表达分析

根据珙桐转录组测序结果,筛选到一个与原花青素合成相关的基因,通过克隆该基因片段并进行序列分析确定该基因编码一个珙桐MYB转录因子,将其命名为DiMYB1(GenBank登录号KR996175)。该基因开放阅读框全长为924 bp,编码产物包含307个氨基酸。对其编码产物的基本理化性质、亲水性和疏水性、保守结构域、亚细胞定位等方面进行了生物信息学分析和预测。对DiMYB1基因编码产物的氨基酸序列进行聚类分析表明,其与拟南芥MYB123转录因子的同源性最高。应用qRT-PCR分析该基因的表达模式发现,DiMYB1基因在珙桐紫色幼叶中的表达量最高,其次是雄蕊,在芽、茎、成熟叶片、苞片、果肉和种子中只有微量表达。另外,DiMYB1基因的表达量在珙桐败育种子中显著高于正常种子,且在中期败育种子中表达量达到最高。构建原核表达载体pET-28a(+)-DiMYB1,并在大肠杆菌BL21(DE3)中获得高效表达。本研究通过对DiMYB1基因进行克隆与表达分析,为探索该基因在珙桐逆境胁迫、花青素合成和种子发育过程中的调控功能奠定基础。