蔷薇科果树TMT基因家族生物信息学分析

[目的]本文旨在对蔷薇科果树液泡膜单糖转运蛋白(TMT)基因家族成员进行鉴定,分析其染色体定位、序列特性、进化关系及在白梨中的表达特征,为蔷薇科果树TMT基因功能研究和利用奠定基础。[方法]基于苹果、草莓、梅、桃、白梨、西洋梨和黑树莓7个蔷薇科果树物种的全基因组测序结果,应用生物信息学方法进行序列分析,通过RT-q PCR技术分析白梨TMT基因在各器官组织中和果实不同发育阶段的表达特性。[结果]苹果、草莓、梅、桃、白梨、西洋梨和黑树莓等TMT基因家族成员数量分别为5、2、4、4、6、4、2,各物种TMT基因不均匀地分布在2~4条染色体上。TMT蛋白结构高度保守,均存在11个α螺旋跨膜结构域,氨基酸序列长度700左右,等电点(p I)为4.79~5.93,最大疏水系数为0.312~0.438,为疏水性蛋白,亚细胞定位预测均位于液泡膜。系统进化分析表明,7个蔷薇科果树物种的TMT家族基因明显聚为两组,组Ⅰ中的TMT基因可能为其主要的功能基因。TMT基因家族经历过2次全基因组复制事件,进化过程中主要受纯化选择作用。定量分析发现,白梨中鉴定的Pb TMT1、Pb TMT2、Pb TMT3在成熟叶中和果实膨大期表达量最高,Pb TMT4的表达量随着果实发育不断增高,Pb TMT6的表达量在成熟叶中最高,而在果实发育后期急剧下降。[结论]蔷薇科果树TMT基因家族成员高度保守,主要在液泡膜上起重要功能,不仅在果实糖分积累过程中发挥重要作用,还参与了植物发育和抗逆过程。

苹果糖转运蛋白TMT基因的表达及其与糖积累的关系

利用苹果基因组筛选液泡膜单糖转运蛋白TMT家族基因,通过qRT-PCR探索它们在苹果各器官组织中的表达特性,并分析其表达与果实糖积累的关系。结果表明,在苹果中主要存在5个TMT家族基因,均含有11个跨膜区,并具有1个长约330氨基酸的亲水loop区位于胞质内,它们与拟南芥和葡萄的TMTs高度同源。定量表达分析发现,它们均在苹果中表达,且MdTMT1表达量相对最高,MdTMT3和MdTMT4表达量较低。MdTMT1在花和成熟果实中表达量最高,MdTMT2在成熟果实中表达最高。在果实发育过程中,MdTMT1和MdTMT2的表达量与果实中总糖、还原性总糖、果糖、蔗糖含量呈极显著正相关,说明MdTMT1和MdTMT2可能参与了苹果果实成熟期果糖和蔗糖的积累。

梨糖转运相关基因PbTMT4启动子克隆及功能分析

以‘砀山酥梨’(Pyrus bretschneideri‘Dangshan Suli’)为材料,利用梨基因组数据库,通过PCR获得了糖转运相关基因PbTMT4(Pbr032130.1)2 211 bp的CDS序列及其编码起始位点上游长度为1 220 bp的启动子序列。使用农杆菌介导法将PbTMT4导入拟南芥,与野生型对照植株相比,转基因拟南芥植株的生长速度更快,抽薹、开花时间更早,叶片糖积累量更高。生物信息学分析表明,该启动子中含有多个与逆境应答、激素信号和光信号相关的顺式作用元件。为进一步分析PbTMT4启动子功能,构建了该启动子与GUS基因融合的植物表达载体并转化拟南芥。对T_3代转基因拟南芥各组织进行GUS活性染色和半定量分析,发现GUS基因在根、茎、叶、花和果荚中均有表达,NaCl、干旱、GA_3、MeJA以及光照处理均能一定程度上提高转基因拟南芥中GUS基因的转录水平。逆境处理发现,PbTMT4转基因株系较野生型植株受到的伤害小。研究结果初步表明,PbTMT4可促进转基因拟南芥发育并提高糖积累量,可能在抗非生物胁迫中起重要的调控作用。