ADT基因家族的鉴定及PbADT1在梨果实中的功能分析

[目的]本文旨在对前酪氨酸脱水酶(ADT)基因家族进行鉴定,分析其进化过程、基因结构、保守功能域、共线性关系和表达特性,并对梨ADT在石细胞形成过程中的功能进行初步验证。[方法]基于已公布的20个物种全基因组数据,采用BLASTp和Hmmer结合的方法进行成员鉴定,通过多种生物信息学手段分析序列。利用转录组数据和RT-qPCR检测梨ADT成员在果实发育中各个阶段的表达模式。利用农杆菌介导的瞬时转化法在梨幼果中过量表达PbADT1基因,通过间苯三酚染色观察幼果石细胞团分布,并测定木质素含量及其通路基因的表达量。[结果]在20个物种中共鉴定了113个ADT家族成员。通过系统进化树将家族成员分为4个亚组,6个水生藻类中都仅有1个ADT基因被鉴定,随后进化出的陆生植物中ADT基因家族均得到了不同程度的扩张。梨果实发育的转录组数据表明,多个ADT基因的高水平表达集中在花后35 d,RT-qPCR的结果证实了这一点。PbADT1的瞬时过量表达使梨幼果石细胞和木质素含量增加,并提高了木质素关键合成酶的表达水平。[结论]ADT基因在植物从水生向陆生进化的过程中得到了大量扩张,其蛋白水解酶生成的苯丙氨酸是合成木质素和形成维管束的底物基础。梨石细胞在幼果发育期大量形成,ADT在梨中的表达模式表明该基因家族可能调控果实石细胞的形成,PbADT1在梨果实中的瞬时过量表达使木质素含量升高、石细胞扩散加剧,表明ADT基因的过表达可能通过提高关键合成酶的表达水平对梨石细胞的形成产生影响。

茄子果色相关阿罗酸脱水酶基因的鉴定与表达分析

花青苷合成是植物苯丙烷类代谢途径的重要部分,苯丙烷代谢的前体物质苯丙氨酸合成最后一步反应的阿罗酸脱水酶(arogenate dehydratase,ADT)被认为是影响苯丙氨酸可用率的关键酶。本研究根据茄子基因组数据库基因注释检索ADT基因,并将茄子ADT基因氨基酸序列和拟南芥ADT基因编码的氨基酸序列进行同源比对、进化树分析;然后选取了6种不同果皮颜色的茄子自交系为试材,利用qPCR技术分析了ADT基因家族各成员在不同茄子果皮中的表达模式。结果表明,在茄子全基因组水平上鉴定到5个ADT基因,除SmADT3外,其余4个ADT基因编码的氨基酸序列高度保守。进化树分析表明,茄子SmADT2和SmADT5聚为1类,SmADT1和SmADT4聚为1类;其次,茄子SmADT1和拟南芥AtADT1高度同源,茄子SmADT4和拟南芥AtADT2高度同源。基因表达分析发现5个茄子SmADT基因在6种不同颜色果皮中均有表达,其中紫色品种中的表达量和花青苷合成关键酶基因SmANS、SmF3’5’H、SmDFR的表达趋势相同。相关性分析表明仅有SmADT2基因的表达量和6种茄子的果皮花青苷相对含量呈正相关。根据上述结果可推测SmADT2基因可为茄子花青苷合成的关键酶--阿罗酸脱水酶基因。

花生预苯胺酸脱氢酶基因AhADH的克隆及分子特性分析

通过改良的RACE技术从花生中分离并克隆出ADH全长cDNA序列,并命名为AhADH,其全长为1 155 bp,含一个编码269个氨基酸,长度为810 bp的开放阅读框。生物信息学分析显示AhADH蛋白的分子质量是30.65 kD,理论等电点是6.07,二级结构主要由α-螺旋和无规卷曲组成。序列比对表明花生ADH氨基酸序列含预苯酸/预苯胺酸脱氢酶结构域,且与多种其他植物的ADH具有高度同源性。qRT-PCR分析表明该基因具有组织表达差异性,且在茎中表达量最高。