木薯SAP11基因的功能分析

[目的]木薯Manihot esculenta Crantz是全球热带地区重要的粮食作物和经济作物,在生长发育过程中极易遭受低温、干旱、盐碱等非生物胁迫而导致减产。胁迫相关蛋白(Stress-associated protein,SAP)是一类新型的A20/AN1锌指蛋白,在模式作物应对多种非生物胁迫过程中发挥重要作用。目前,SAP基因在木薯应对非生物胁迫中的生物学功能尚不明确。本研究旨在分析木薯SAP家族成员的蛋白结构特征和表达模式,以及MeSAP11的互作蛋白,为进一步解析该家族基因在木薯抗逆中的功能提供理论支撑。[方法]利用生物信息学技术对木薯SAP家族成员的进化关系、蛋白基序信息以及时空表达模式开展系统分析。同时,通过qRT-PCR研究各基因成员在不同组织中的特异表达以及对不同非生物胁迫的响应。进一步运用酵母双杂交结合高通量测序技术获得与MeSAP11相互作用的蛋白及对应生物学通路。[结果]木薯SAP基因家族共6个大类16个成员,该家族成员在木薯根部和叶片中表达量较高,部分家族成员的表达在低温和盐胁迫中显著上调,在干旱、钾饥饿和氮饥饿显著下调。MeSAP11的表达受不同胁迫条件的显著调控,亚细胞定位结果表明MeSAP11蛋白主要定位在细胞核。利用酵母双杂交筛库技术筛选到256个与MeSAP11互作的蛋白,KEGG分析表明这些互作基因主要参与蛋白泛素化降解、内质网蛋白质加工通路等途径,暗示MeSAP11可能通过上述通路发挥功能。[结论]木薯SAP家族大部分成员显著响应低温、干旱、高盐以及缺氮、缺钾胁迫,研究结果为进一步研究MeSAP11在木薯响应非生物胁迫过程中的功能并解析其调控网络奠定了基础。下一步将把MeSAP11基因列为调控非生物逆境变化的候选基因开展深入研究。

木薯MeSAP13基因的克隆及其抗细菌性枯萎病功能鉴定

胁迫相关蛋白(stress-associated proteins, SAPs)在植物对胁迫应答和胁迫调控中起重要作用。木薯是我国重要的粮食作物和经济作物,细菌性枯萎病(cassava bacterial blight, CBB)已严重危害我国木薯产业的健康发展。为了探讨木薯MeSAP基因在抗细菌性枯萎病中的作用,本研究克隆了我国主栽木薯品种‘华南8号’(SC8)的MeSAP13基因,分析该基因在细菌性枯萎病病原菌侵染时的表达模式及其编码蛋白的基本特性。利用基于木薯花叶病毒介导的基因沉默(virus induced gene silencing, VIGS)技术抑制了MeSAP13基因在木薯SC8叶片中的表达,通过接种细菌性枯萎病病原菌Xpm HN11对MeSAP13的抗病功能进行抗性鉴定。结果发现:在病原菌Xpm HN11侵染叶片3 d后MeSAP13基因表达量显著上调,说明木薯MeSAP13基因能够响应病原菌的侵染;在VIGS载体转化木薯叶片40 d后发现,与转化pCsCMV-A载体的对照叶片相比,MeSAP13在转化pCsCMV-MeSAP13叶片中的表达量显著下调了40%~60%,表明通过VIGS技术成功抑制了MeSAP13在木薯叶片中的表达。将病原菌Xpm HN11接种至MeSAP13基因沉默叶片和对照植株叶片,发现MeSAP13基因沉默植株接种叶片的水渍状病斑面积显著大于对照植株接种叶片。分析侵染后0、3、6 d病原菌Xpm HN11的繁殖情况发现,在侵染后3 d和6 d的MeSAP13基因沉默植株接种叶片中,其病原菌数量显著高于对照植株接种叶片。以上研究结果表明,抑制MeSAP13基因的表达,降低了木薯对细菌性枯萎病的抗性。