紫参薯查尔酮合成酶及异构酶基因的克隆与表达分析

查尔酮合成酶及其异构酶是黄酮类化合物合成途径中的2个关键酶,为研究其在紫参薯花青素合成途径中的功能,利用RT-PCR技术从紫参薯Da56块茎中克隆到查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)和查尔酮异构酶(chalcone isomerase,CHI)基因,分别命名为DaCHS和DaCHI。结果表明:DaCHS基因包含825 bp的完整开放阅读框(ORF),预测编码274个氨基酸;DaCHI基因包含663 bp的完整开放阅读框,预测编码221个氨基酸。生物信息学分析结果表明,紫参薯DaCHS与油棕Eg CHS亲缘关系最近,氨基酸相似性达到90%;紫参薯DaCHI与野茶树CaCHI亲缘关系最近,氨基酸相似性达到67%。实时荧光定量PCR检测结果表明,DaCHS和DaCHI基因均具有组织表达特异性,其中DaCHS在花中相对表达量最高,而DaCHI在块茎中相对表达量最高;在紫参薯块茎发育不同时期的表达分析表明,DaCHS、DaCHI均在薯块膨大期相对表达量最高。本研究通过对DaCHS和DaCHI基因全长cDNA序列的克隆与分析,为紫参薯花青素合成途径的遗传调控及花青素形成机理的研究奠定基础。

嫁接陆地棉查尔酮合成酶与查尔酮异构基因的克隆及表达分析

从陆地棉(Gossypium hirsutumL.)HM-40中克隆了查尔酮合成酶GhCHS和查尔酮异构酶GhCHI基因。GhCHS基因的开放阅读框全长为1 170 bp,编码389个氨基酸,查尔酮合成酶含有较多的磷酸化位点,推测激酶磷酸化可能与其功能的行使相关,进化分析表明查尔酮合成酶与可可(Theobroma cacao)的CHS蛋白相似性最高;GhCHI基因的开放阅读框全长为630 bp,编码209个氨基酸,查尔酮异构酶含有较多的磷酸化位点,推测激酶磷酸化可能与其功能的行使相关,进化分析表明查尔酮异构酶与红麻(Hibiscus cannabinus)的CHI蛋白相似性最高。qRT-PCR分析显示,在接种大丽轮枝菌VD07菌系后,这两个基因表达量逐渐增加,随着接菌处理时间的延长,相对表达量增加,推测它们在陆地棉抗黄萎病防卫反应中可能起重要作用。利用VIGS技术在嫁接棉中成功地沉默GhCHS基因和GhCHI基因,对沉默棉株接种大丽轮枝菌VD07,鉴定显示其病情指数分别为72.5和67.5,表现为感病;而转化空载体和未沉默的嫁接棉棉株的病情指数分别为30.0和31.2,表现为耐病,基因沉默后嫁接棉对黄萎病的抗性丧失。表明GhCHS基因和GhCHI基因在陆地棉抗黄萎病的过程中可能起重要作用。