马铃薯StCYP85A3促进萌芽及根系伸长的功能解析

油菜素内酯(BR)是一类植物甾醇类激素,对植物生长发育及胁迫应答具有显著的调控作用,马铃薯中StCYP85A3作为BR合成酶的编码基因,功能仍待进一步探究。本研究从‘川芋10号’马铃薯中克隆出该基因,生物信息学分析表明该蛋白具有催化BR合成的典型亲氧结合域,属于CYP85As家族成员。通过组织表达分析发现该基因在块茎芽眼及根中表达量最高,且芽眼中的表达量随着储藏时间的延长而增加,在块茎芽眼休眠解除时表达迅速升高。同时发现外源BR可诱导马铃薯芽眼及根中StCYP85A3表达量升高,从而显著促进了种薯萌芽及幼苗根的伸长。通过在拟南芥野生型及cyp85a2突变体中过表达StCYP85A3发现,过表达株系种子萌发及根系伸长都早于野生型,同时回补株系弥补了突变体种子萌发、植株根系生长迟缓的缺陷。此外,外源BR对过表达株系种子萌发、根系伸长无显著促进作用,但显著促进了野生型、突变体及回补株系种子萌发、根系伸长。上述马铃薯及拟南芥试验结果表明, StCYP85A3具有促进萌芽及根系伸长的功能。

马铃薯StDWF1基因克隆及表达分析

DWF1是油菜素内酯(BR)生物合成途径中的关键基因。为探索St DWF1在马铃薯生长发育中的功能,本实验以马铃薯品种费乌瑞它(Favorita)试管苗为材料,克隆St DWF1基因全长序列,开放阅读框(ORF)为1 704 bp,编码567个氨基酸,蛋白质相对分子质量为66.08 ku,理论等电点为7.96。利用农杆菌介导法在烟草中瞬时表达St DWF1,共聚焦显微镜观察显示St DWF1定位于细胞质。荧光定量分析表明,嫩叶中St DWF1表达量最高,其次是老叶、匍匐茎、主根、茎、块茎。对马铃薯生育期叶片St DWF1表达量进行分析,结果表明在出苗期表达量最高。本实验结果为进一步阐释BR对马铃薯生长发育的调控机制奠定理论基础。

马铃薯StSSR2的克隆与表达分析

马铃薯甾醇侧链还原酶2(StSSR2)催化环阿屯醇还原成胆甾醇,是龙葵素合成过程中关键的限速酶。初步探究StSSR2在马铃薯生长发育中的功能,为StSSR2与马铃薯萌芽的关系提供理论依据。以马铃薯品种费乌瑞它(Favorita)为材料,克隆StSSR2全长cDNA序列,并对其进行生物信息学分析,利用qRT-PCR分析不同组织、不同生长时期及不同贮藏时期该基因的表达模式。结果表明,该基因开放阅读框为1 713 bp,编码570个氨基酸,蛋白质相对分子质量约为66.35 kD,理论等电点6.73,属于亲水性跨膜蛋白;亚细胞定位预测该蛋白主要存在于质膜上,该蛋白在进化上与番茄、辣椒、烟草等茄科植物亲缘关系较近;荧光定量分析表明,该基因在块茎和茎中表达最高,其次是叶片、匍匐茎和根,在出苗期表达量最高,随着生长发育的进行,表达趋于稳定,且随着贮藏时间的延长,StSSR2表达随之升高。StSSR2可能参与马铃薯块茎萌芽过程。

马铃薯CBL家族基因的鉴定及序列分析

植物CBL家族基因在逆境胁迫应答中具有重要功能,但在马铃薯中鲜有报道。本研究通过生物信息学方法在马铃薯基因组中筛选出13个CBL基因,并鉴定了这些基因的染色体分布、理化性质、遗传进化、序列结构和顺式作用元件等。结果发现,马铃薯CBL基因在染色体上的分布是不均匀的,编码区长度在642～774 bp之间,外显子数除了StCBL1只含有一个以外,其余CBLs的外显子数多为7～9个;在遗传进化上,马铃薯CBL可分为两大组,且多与番茄CBL同源;通过对其编码蛋白序列进行比对,发现每个CBL均具有4个变异程度不等的EF-hand结构域;其含有的作用位点类型也有所差异,StCBL2/StCBL8/StCBL9的N端不含有常规的豆蔻酰化位点,其C端的核心基序FPSV中,缺失了可被CIPK磷酸化的关键丝氨酸残基;在马铃薯CBL基因的上游序列中发现了可以响应不同植物激素以及逆境胁迫的顺式作用元件。本研究对马铃薯CBL家族进行了鉴定与初步分析,可为进一步研究马铃薯CBL基因功能提供理论依据。