Gm4CL2基因对拟南芥和紫花苜蓿耐铝性的影响

4CL(4-coumarate:coenzyme A ligase)是木质素合成途径关键酶,已被证明在生物和非生物胁迫、机械损伤抗性等生物过程中具有重要作用,但与柠檬酸分泌相关的耐铝功能还没有报道。本研究选择丹波黑大豆Gm4CL2,利用RT-PCR技术克隆其全长编码序列,蛋白质序列多重序列比对和进化树分析不同物种间的亲缘关系,农杆菌介导浸花法和叶盘法分别遗传转化拟南芥和紫花苜蓿,qRT-PCR技术检测基因的表达水平。序列分析结果发现,Gm4CL2全长编码序列为1668 bp,该基因编码555个氨基酸,为双子叶植物Ⅰ类4CL。Real-time PCR结果显示,50μmol·L^(-1) AlCl_(3)(pH 4.5)特异诱导Gm4CL2在丹波黑大豆幼苗0~2 cm的根尖组织表达;过表达Gm4CL2拟南芥,在铝处理条件下其根尖AtMATE、AtSTAR1和AtSTAR2表达量显著上调(P<0.05)。Al^(3+)胁迫条件下,过表达Gm4CL2拟南芥根相对伸长量、根尖SOD、POD活性和柠檬酸分泌量显著高于野生型,根尖伊文思蓝和铬天青S染色以及Al^(3+)、ROS、MDA含量显著低于野生型(P<0.05);过表达Gm4CL2紫花苜蓿根相对伸长率、根尖柠檬酸分泌量和生物量显著高于野生型,根尖Al^(3+)含量、伊文思蓝染色显著低于野生型(P<0.05)。细胞壁成分分析表明,Al^(3+)胁迫和非胁迫下,过表达Gm4CL2拟南芥根尖果胶、咖啡酸、阿魏酸比野生型显著降低(P<0.05);Al^(3+)胁迫下,过表达Gm4CL2拟南芥根尖木质素含量显著降低,但是4-香豆酸含量显著升高(P<0.05)。上述结果表明,Gm4CL2为耐铝基因,该基因通过促进细胞壁修饰和柠檬酸分泌提高拟南芥和紫花苜蓿的耐铝性。