橡胶树形成层组织的酵母双杂交cDNA文库构建及HbHDA6互作蛋白筛选

次生乳管是天然橡胶合成和贮存的场所,是由橡胶树树干树皮中维管形成层细胞分裂分化而来。次生乳管的数量与天然橡胶产量直接相关,而这些乳管的数量取决于形成层分化次生乳管的频率(乳管分化能力),是橡胶树产量育种的主要指标。前期研究中,我们发现组蛋白去乙酰化酶(HDA)抑制剂曲古抑菌素A(TSA)能诱导橡胶树乳管分化且组蛋白去乙酰化酶基因(HbHDA6)能够参与橡胶树乳管分化调控。由于组蛋白乙酰化修饰调控橡胶树次生乳管分化的分子机制尚未阐明,因此该文使用冠菌素(COR)诱导橡胶树形成层分化产生次生乳管的实验系统,以分离形成层组织为材料,构建酵母双杂交cDNA文库,以HbHDA6基因为诱饵来筛选酵母双杂交文库,确定与HbHDA6相互作用的蛋白。结果表明:(1)利用Gateway技术构建的均一化COR诱导橡胶树形成层组织的酵母双杂交cDNA文库,初级文库的容量为6.34×10^(6)CFU·mL^(-1),总单克隆数为1.27×10^(7),文库重组率为100%;次级文库的容量为7.72×10^(6)CFU·mL^(-1),总单克隆数为1.54×10^(7),文库重组率为100%。初级文库和次级文库的插入片段平均长度分别为1.1 kb和1.2 kb。(2)成功构建了筛选HbHDA6互作蛋白的pGBKT7-HbHDA6诱饵载体,并确认无自激活活性。(3)使用该诱饵载体对构建的酵母双杂交cDNA文库进行筛选,并通过NCBI_BLAST比对和去除重复以后,获得了22个与HbHDA6发生互作的蛋白,包括CLP1、ERF3、ERF4、HSP82、LARP6a、APT5、PP2A、FBA6等。该研究成果为解析组蛋白乙酰化修饰调控橡胶树次生乳管分化的分子机制提供了理论基础,为转基因改良橡胶树的产胶潜力提供了候选基因,为高性能天然橡胶遗传改良育种提供了新线索。

巴西橡胶树GRAS基因家族鉴定及表达分析

GRAS是植物特有的转录因子,在植物生长发育过程以及非生物胁迫应答中具有重要的调控作用,然而在巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)中还未见关于该基因家族的报道。本研究利用生物信息学工具分析巴西橡胶树GRAS基因家族成员的蛋白质理化性质、系统进化关系、基因结构、染色体位置及启动子顺式作用元件,利用转录组数据及实时荧光定量PCR(qPCR)分析橡胶树GRAS基因的表达模式。结果表明:在巴西橡胶树基因组中共鉴定到91个GRAS家族成员,分别命名为HbGRAS1~HbGRAS91,其分子量在14.07~89.46 kDa之间。亚细胞定位预测结果显示,HbGRAS蛋白主要定位于细胞核和叶绿体。系统发育分析将其划分为14个亚家族,同一亚族成员的基因结构和基序组成较为保守。橡胶树GRAS基因分布在除11号染色体外的其他17条染色体和2条Scaffold上,其中17个HbGRAS基因组成10个串联重复事件。共线性分析显示,片段重复区域中有87个HbGRAS基因,说明片段重复可能是橡胶树GRAS基因扩张的主要驱动力。启动子顺式作用元件分析显示,橡胶树GRAS家族包含多个植物激素和胁迫应答顺式作用元件。HbGRAS基因表达具有组织特异性,并与橡胶树叶片发育有关。GRAS亚家族成员DELLA基因的表达与橡胶树木质部发育有关并受赤霉素(gibberellin,GA)抑制。本研究结果为橡胶树GRAS基因的功能研究提供参考。

巴西橡胶树HbPSKR2基因克隆及互作蛋白鉴定

磺肽素是一种高等植物特有的小肽类激素,广泛参与植物的生长发育、分裂分化、生物或非生物胁迫等生物学过程。磺肽素受体蛋白(phytosulfokine receptor,PSKR)是磺肽素的直接受体,对于磺肽素信号传导至关重要。本研究采用RT-PCR(reverse transcription-polymerase chain reaction)技术克隆了橡胶树的HbPSKR2基因,并对其进行生物信息学、基因表达模式、互作蛋白筛选及鉴定分析。结果显示HbPSKR2基因的开放阅读框全长3159 bp,编码1052个氨基酸,理论分子量为114.84 kDa,理论等电点为6.34。结构域分析显示HbPSKR2属于典型的跨膜蛋白,前640个氨基酸是由亮氨酸重复组成的天线结构,第692~714个氨基酸是跨膜结构域,第765~1052个氨基酸是膜内激酶结构域。对HbPSKR2膜内激酶结构域以及拟南芥和水稻的PSKR同源序列进行多重比对,结果显示均存在ATP binding site、CaM binding site、Activation segment、GC Centre等保守性位点。表达模式分析显示,HbPSKR2基因在橡胶树形成层区高丰度表达,其表达量在冠菌素处理前期显著上升。通过酵母双杂交技术筛选到12个与HbPSKR2互作的候选蛋白,并对其中的2个蛋白激酶(HbPBL8和HbPIX13)与HbPSKR2的互作关系进行荧光素酶互补成像验证。结果显示,在烟草中共转化HbPSKR2-nLUC/HbPBL8-cLUC和HbPSKR2-nLUC/HbPIX13-cLUC可以观察到强烈的荧光信号,进一步证明了HbPSKR2在体内可与HbPBL8激酶和HbPIX13激酶互作。橡胶树HbPSKR2基因克隆及互作蛋白鉴定将为深入揭示橡胶树乳管分化分子机制提供新的思路。

冠菌素诱导橡胶树次生乳管分化的形成层细胞CUT&Tag文库构建和初步分析

CUT&Tag技术是一种研究蛋白质-DNA互作的新方法,使用超高活性的新型pG-Tn5转座酶,在抗体引导下精准靶向切割目的蛋白附近的DNA序列,从而进行cDNA建库和测序分析。此技术在人类和动物研究中应用广泛,由于植物细胞结构特殊,该技术在植物研究中应用较少。在前期研究中,我们发现组蛋白乙酰化修饰参与茉莉酸诱导橡胶树次生乳管分化的调控,但其分子机制尚未阐明。本研究利用冠菌素(COR)诱导橡胶树萌条维管形成层分化次生乳管的实验系统,通过酶解法获取高质量的形成层区细胞原生质体,使用组蛋白H3乙酰化修饰抗体对次生乳管分化过程中发生组蛋白乙酰化修饰的区域进行原位识别,采用CUT&Tag技术成功构建COR处理橡胶树树皮形成层细胞的cDNA文库。对构建cDNA文库进行质检和测序分析,发现文库质量较好,并通过差异基因的GO和KEGG富集分析,发现生长素、类黄酮代谢和蛋白质泛素化等相关基因得到富集。本研究结果为使用CUT&Tag技术构建植物组织的cDNA文库提供操作方法,为解析组蛋白乙酰化修饰调控橡胶树次生乳管分化的分子机制提供理论基础。