‘金丝小枣’和‘无核小枣’木质素合成四个关键酶基因的克隆与表达研究

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枣(Ziziphus jujuba Mill.)是中国的优势果树,具有很高的经济价值。‘无核小枣’是天然存在的无核品种,其果核木质化程度低,食用或加工较为方便。枣果核即内果皮的主要成分是木质素,因此研究枣果实木质素合成途径中参与调控的关键酶基因对揭示‘无核小枣’果实无核现象具有重要意义。本研究以‘无核小枣’为试材,‘金丝小枣’作为对照,从其果实中克隆得到四个木质素合成关键酶基因的cDNA序列,并研究了不同发育时期四个基因的表达情况。主要研究结果如下:
  1.枣木质素合成关键酶基因的克隆及序列分析
  以‘金丝小枣’和‘无核小枣’的cDNA序列为模板,应用RT-PCR技术克隆得到了二者香豆酸-3-羟基化酶(C3H),肉桂酸4-羟基裂解酶(C4H),肉桂醇脱氢酶(CAD)和咖啡酰辅酶A氧甲基转移酶(CCoAOMT)的基因序列,并进行生物信息学分析。
  ‘金丝小枣’和‘无核小枣’的C3H基因的开放阅读框序列一致,长度为1569bp,编码522个氨基酸。基因组序列含有2个外显子和1个内含子。二者的C3H蛋白属于细胞色素P450家族。均为稳定蛋白,亲水性蛋白。二者在系统进化树中与黄连的亲缘关系最近。
  ‘金丝小枣’和‘无核小枣’C4H基因的开放阅读框序列不一致,存在4个差异碱基,2个差异氨基酸分别位于第196位(D-N),491位(P-H)。二者的开放阅读框长度为1518bp,编码505个氨基酸。基因组序列包含3个外显子和2个内含子。二者的C4H蛋白属于细胞色素P450家族。均为不稳定蛋白,亲水性蛋白。二者在系统进化树中与啤酒花的亲缘关系最近。
  ‘金丝小枣’和‘无核小枣’CAD基因的开放阅读框序列不一致,有5个差异碱基,1个差异氨基酸位于第314位(A-E)。二者的开放阅读框长度为984bp,编码327个氨基酸。基因组序列有6个外显子和5个内含子。二者的CAD蛋白均属于NADB-Rossmann家族。均为稳定蛋白,亲水性蛋白。二者在系统进化树中与梨、苹果和梅树的亲缘关系较近。
  ‘金丝小枣’和‘无核小枣’的CCoAOMT基因的开放阅读框序列一致,长度为744bp,编码247个氨基酸。基因组序列均含有5个外显子和4个内含子。二者的CCoAOMT蛋白均属于AdoMet MTases家族。均为稳定蛋白,亲水性蛋白。二者在系统进化树中与龙眼和橙的亲缘关系最近。
  2.枣木质素合成关键酶基因表达研究
  应用实时荧光定量PCR技术,研究了C3H,C4H,CAD和CCoAOMT基因在不同发育时期的‘金丝小枣’和‘无核小枣’果实中的表达情况。四个基因的相对表达量变化趋势较为一致,都是先上调然后下调,最后再上调。每个基因的表达量均存在差异,并且在‘无核小枣’中的表达量低于‘金丝小枣’。这四个基因的差异表达可能是‘无核小枣’果核木质化程度较低的原因。
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