葡萄铁蛋白基因Ferritin的鉴定、克隆及其在果实发育不同时期对氨基酸铁复合肥喷施的响应

【目的】铁蛋白Ferritin在植物生长发育过程中发挥重要作用,其在果树中的生物学功能尚未见报道。克隆葡萄Ferritin家族基因并揭示其在果实发育不同时期的表达模式及其对叶面喷施氨基酸-铁(Fe)复合肥处理的响应差异,可为研究果树铁素营养与代谢的分子机制提供理论依据。【方法】通过同源克隆法从‘马瑟兰’中克隆Ferritin家族基因,利用生物信息学手段分析葡萄Ferritin及其编码蛋白的详细特征;设置叶面喷施氨基酸-Fe复合肥处理,利用荧光实时定量PCR技术分析Ferritin在葡萄果实发育不同时期的表达特征及其对叶面喷施处理的差异响应。【结果】在葡萄基因组中检索并克隆获得4个Ferritin家族基因,命名为VvFer1—VvFer4,分布于第6、8和13号三条染色体上,均含有7个长度不一的内含子,且主要定位于叶绿体和细胞核。本文所选16种植物Ferritin蛋白序列的一致性高达61.48%,系统发育树分析表明同一属的Ferritin同源蛋白如十字花科的拟南芥和芜菁,茄科的烟草和马铃薯,豆科的大豆、落花生和鹰嘴豆,大戟科的橡胶树、木薯和蓖麻,蔷薇科的苹果、桃和草莓,遗传进化关系较近,葡萄VvFer3和茄科同源蛋白遗传关系最近。葡萄VvFer基因在五年生‘马瑟兰’果实发育不同时期、不同组织中的表达水平差异较大,其中,VvFer3在不同组织中的表达量均最高,最大值出现在硬核期至成熟期的果实中,其次是VvFer2和VvFer4。‘马瑟兰’葡萄发育不同时期果实中的Fe含量略有差异,从幼果期开始逐渐增加,并在转色期果实中达到最高值,从转色期到成熟期略有下降,但仍高于幼果期和硬核期果实中的Fe含量,叶面喷施处理显著提高了成熟期果实中的Fe含量、乌头酸酶ACO(aconitase)、硝酸还原酶NIR(nitrite reductase)和琥珀酸脱氢酶SDH(succinate dehydrogenase)的酶活性。VvFer2—4在转录水平易受叶面喷施铁肥的诱导而显著增强,且与葡萄组织/器官分布和果实发育的不同时期密切相关,VvFer2在葡萄发育整个周期仅在果实中对叶面喷施铁肥处理比较敏感,VvFer3在所有组织中仅从幼果期至转色期对叶面喷施铁肥有响应,VvFer4在葡萄发育整个周期的韧皮部和叶片中持续受叶面喷施铁肥的诱导,而在果实中仅从幼果期至转色期对叶面喷施铁肥有响应;VvFer1在本文所选组织中的表达量相对较低,但很均匀,且在转录水平对叶面喷施铁肥没有响应。【结论】从葡萄中克隆并鉴定了4个铁蛋白基因Ferritin,其在葡萄发育不同时期、不同组织中的表达水平差异较大,并在转录水平易受叶面喷施铁肥的诱导;VvFer3在葡萄所有组织中的整体表达量最高(特别是果实中最为突出),且在幼果期至转色期易受铁肥叶面喷施的调控。

葡萄Fe-S簇装配基因的鉴定、克隆和表达特征分析

【目的】从葡萄中克隆并鉴定Fe-S簇装配基因,在转录水平探索其组织特异性表达特征及其对缺铁胁迫的差异响应,明确主效基因。【方法】通过同源克隆法,在葡萄基因组中筛选并鉴定参与Fe-S簇装配的基因;借助生物信息学软件分析葡萄Fe-S簇装配相关基因及其编码蛋白的详细特征;利用实时荧光定量PCR分析Fe-S簇装配相关基因在葡萄不同组织部位的表达模式及其对缺铁胁迫的响应情况;利用MEGE 7.0软件建立不同植物ISU1同源蛋白的系统进化树。【结果】在葡萄基因组中检索并克隆获得46个Fe-S簇装配基因,分布于16条染色体上,含有1—21个长度不一的内含子,且主要分布于质体、线粒体和细胞质,分别含有14、21和11个基因成员;葡萄Fe-S簇装配蛋白在多种亚细胞结构中均有定位,且不同装配机制中蛋白的亚细胞定位情况差异很大;所选10种植物ISU1蛋白序列的一致性高达77%,系统发育树分析表明同一属的ISU1同源蛋白如十字花科的拟南芥和盐芥、禾本科的水稻和短柄草、蔷薇科的桃和苹果,倾向于紧密聚在一起,但葡萄ISU1和番茄ISU1紧密聚集在一起;葡萄Fe-S簇装配基因在3年生‘马瑟兰’成年树体和组培幼苗不同组织中的表达水平差异较大,其中,ISU1整体水平的表达量最为丰富(尤其是成熟期果实中的表达量最高),其次是HSCA1、ISA2、NFU2、SUFA和SUFB等基因,而SUFE2、NFS1、HSCA2、HSCA6、TAH18和CIA2在本研究所有葡萄组织中均未检测到表达量;在‘马瑟兰’幼苗中,葡萄Fe-S簇装配基因对缺铁处理较为敏感,所有基因至少在1个检测的组织部位对缺铁处理有响应,其中,22个基因的表达水平在所有检测组织中均受缺铁处理调控:根部Fe-S簇装配基因的表达水平易受缺铁胁迫诱导而上调,但地上部(茎和叶)Fe-S簇装配基因的表达水平易受缺铁胁迫抑制而下调。【结论】从葡萄中克隆并鉴定了46个Fe-S簇装配基因,分别定位于质体、线粒体和细胞质;葡萄Fe-S簇装配基因在三年生成年树体和组培幼苗不同组织中的表达水平差异较大,且在葡萄幼苗不同组织中的转录水平对缺铁胁迫的响应具有显著差异;ISU1在葡萄所有组织中的整体表达量较高;葡萄ISU1和番茄ISU1同源蛋白遗传进化距离最接近。