不结球白菜GST基因家族的全基因组鉴定及花青素相关基因Bc GSTF6的功能分析

【背景】花青素是紫色不结球白菜中重要的营养成分之一,谷胱甘肽转移酶(glutathione S-transferase,GST)在花青素转运中发挥着重要功能。【目的】鉴定不结球白菜中编码GST的基因,并通过转录组和分子生物学手段揭示BcGSTF6在不结球白菜花青素转运中的作用,解析不结球白菜花青素积累的分子机制。【方法】通过生物信息学方法,鉴定GST基因家族成员并分析其在染色体上的位置和基序;在紫色和绿色的不结球白菜中进行转录组分析,筛选不结球白菜中参与花青素转运的基因,并通过表达模式分析、亚细胞定位、拟南芥突变体tt19的异源回补试验进一步验证BcGSTF6和BcTT19的功能;通过将BcGSTF6和BcTT19与其他物种中参与花青素转运基因的氨基酸序列进行比较,分析BcGSTF6存在的差异;并通过BcGSTF6蛋白与矢车菊素(Cya)的体外结合和基因沉默试验验证BcGSTF6是否为参与不结球白菜花青素转运和积累的重要基因。【结果】从不结球白菜中鉴定得到83个GST基因家族成员,分为8个亚家族,分布在10条染色体上。转录组分析结果表明BcGSTF6和BcTT19可能是参与不结球白菜花青素转运的基因,进一步利用qRT-PCR发现BcGSTF6与BcTT19都在不结球白菜花青素积累阶段高度表达;亚细胞定位结果表明BcGSTF6和BcTT19都定位于内质网和液泡膜中。氨基酸序列多重比较发现BcTT19与其他物种中参与花青素转运的蛋白存在高度同源性,而BcGSTF6则在保守结构域中存在较大差异。在拟南芥突变体tt19中对BcGSTF6和BcTT19进行过表达均可恢复拟南芥幼苗tt19积累花青素的表型,但不能恢复其种皮棕色的表型,表明BcGSTF6和BcTT19都参与了花青素的转运但不能转运原花青素(PAs)。体外结合试验发现BcGSTF6蛋白在室温下可增加Cya的可溶性;对BcGSTF6在不结球白菜中进行基因沉默发现叶片中花青素含量显著下降,同时也导致参与花青素合成与调控相关基因表达量降低。证明BcGSTF6参与了花青素的转运和积累,在不结球白菜叶片着色过程中发挥重要功能。【结论】本研究鉴定了不结球白菜GST基因家族,并进一步解析了BcTT19和BcGSTF6在不结球白菜花青素转运和积累中的功能,阐明了BcGSTs在不结球白菜中花青素转运调控的部分机制。