夜来香生物钟及花香基因的克隆

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夜来香(Cestrum nocturnum)是一种茄科长短日照植物,因其在夜间开放并散发浓郁的芬芳被广泛用于园艺装饰,其开花过程和夜间的香气释放都是源自夜来香内源的生物节律。本研究以夜来香花瓣为材料来研究其独特开花习性,采用cDNA抑制消减杂交技术,通过EST测序结果的生物信息学分析,找出与夜来香生物钟控制相关的候选差异基因,并对夜来香花香形成的代谢途径进行分析和预测;采用RT-PCR和RCAE技术相结合的方法,分离夜来香生物钟与香气形成的相关基因(DOF、LIS、Bgl和FPPS)的全长cDNA,采用染色体步移技术,克隆了DOF基因的启动子,并对部分基因的表达动态进行分析。研究结果如下:1.建立了DSN介导的双链cDNA抑制差减杂交体系:以夜来香花瓣总RNA为材料,采用SMART两步法逆转录合成cDNA第一链,采用LA-PCR合成cDNA第二链作为Tester,采用含dU的LA-PCR合成cDNA第二链作为Driver,经过两轮杂交后,用DSN处理去掉双链cDNA,留下单链cDNA,然后再用过量UDG处理DSN酶切产物,去除Driver cDNA,最后将差异cDNA克隆后进行测序和生物信息学分析,试验结果表明,最适合的DSN处理浓度为1/2U,内参基因β-actin的RT-PCR检测结果表明,对照和1/2DSN处理的PCR扩增循环数也相差8个循环;由此可以初步说明,本试验的抑制差减杂交效果较好;本试验在正向差减文库中,获得了551条EST,在反向文库中获得了44条EST,生物信息学分析结果表明,夜来香的习性与生物钟调控的次生代谢和糖代谢相关。2.分离了生物钟相关基因DOF及其启动子,并对其进行亚细胞定位和表达动态分析:以反向差减文库中获得的DOF基因片段为基础,采用RT-PCR和RACE技术相结合,获得DOF基因的全长cDNA,DOF基因的cDNA全长为2087bp,其中ORF为1530bp,编码510个氨基酸,在蛋白的N端有典型的Dof结构域,并对该基因进行亚细胞定位,试验结果表明,该基因在细胞核表达;采用染色体步移技术,获得该基因的启动子序列,通过在线软件对启动子顺式作用元件分析得到大量与光反应相关的调控元件如GA-motif,GAG-motif,GATA-motif,等。荧光定量PCR检测显示DOF基因夜间表达量显著高于白天,推测在夜来香中DOF基因可能参与生物钟调控过程。3.分离了若干夜来香花香相关基因全长cDNA,并对这些基因的表达动态进行研究:本研究以夜来香开放花瓣为材料,采用RT-PCR和RACE技术相结合,获得了不同花香代谢途径的关键代谢酶基因(LIS基因、β-葡萄糖苷酶基因和FPPS基因)的全长cDNA,对其进行生物信息学分析,在此基础上,采用荧光定量PCR技术,检测这些基因的表达动态,结果表明,CnLIS转录表达在开始释放香气的时候持续上升,当香气消散时表达量急剧下降。表达分析显示CnBgl表达量在白天逐渐上调,到夜晚开始释放香气前急剧下调。推测在夜来香中LIS基因和Bgl基因可能参与花香调控过程。我们同样还克隆一个FPPS基因来研究植物萜类代谢如何调控花香。
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