甘蔗液泡膜二羧酸转运蛋白基因ScTDT克隆与表达分析

【目的】克隆甘蔗液泡膜二羧酸转运蛋白基因(ScTDT),并分析其在甘蔗不同组织及在铝胁迫下的表达模式,为深入研究该基因功能及抵抗铝胁迫的分子机制提供理论依据。【方法】利用同源克隆技术从甘蔗品种ROC22中克隆ScTDT基因,利用生物信息学软件进行序列分析,采用实时荧光定量PCR技术检测该基因在甘蔗不同组织(根、茎和叶)及在铝胁迫(0、10和20μmol/L Al^(3+))下的表达水平。【结果】克隆获得的ScTDT基因,开放阅读框(ORF)全长1623 bp,编码540个氨基酸残基,蛋白相对分子量57.34 kD,理论等电点(pI)5.77,为不稳定的疏水蛋白,可能定位于质膜、液泡和/或高尔基体,其氨基酸序列与高粱(XP_002460443.1)、水稻(XP_015612609.1)和玉米(PWZ04635.1)的TDT氨基酸序列具有高度相似性,其中与高粱的TDT氨基酸序列相似性最高,达96.30%,说明ScTDT与高粱TDT的亲缘关系最近。ScTDT基因在甘蔗根、茎和叶中均有表达,但根中表达量显著高于茎和叶(P<0.05,下同)。在铝胁迫处理下,3个甘蔗品种(ROC22、柳城05-136和中糖1202)的根中ScTDT基因表达量较对照组(0μmol/L Al^(3+))均显著升高,尤其是柳城05-136和中糖1202随着营养液中Al^(3+)浓度增加,ScTDT基因的表达量呈显著升高趋势,说明高浓度Al^(3+)胁迫更能诱导ScTDT基因高效表达。3个甘蔗品种中,以中糖1202的ScTDT基因表达量变化最大,柳城05-136次之,以ROC22的变化最小。【结论】克隆获得的ScTDT基因表达具有组织特异性,在根中高效表达可能与甘蔗抵抗铝胁迫相关,即植株通过上调根中ScTDT基因表达,从而加快液泡中苹果酸的释放,促使苹果酸从根中分泌到土壤与Al^(3+)反应,从而减少铝毒害,表明ScTDT基因可能参与甘蔗抵抗铝胁迫,且不同甘蔗品种的抗铝胁迫能力有所不同。