苹果蜡酯合酶MdWSDs基因家族的鉴定及表达特性研究

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苹果果实油腻化现象在很大程度上降低了消费者的购买欲望,影响了苹果贮藏和销售市场。研究表明,液态酯类增加是引起油腻化的关键因素之一,而蜡酯合酶(WS)参与生物酯类合成途径的最后一步,催化脂肪酸酰基辅酶A与脂肪醇形成蜡酯。本实验以蜡酯合酶蛋白保守结构域为探针,参考苹果基因组数据库筛选得到11个候选基因。以‘乔纳金’果皮为试材,克隆得到3个苹果WS家族成员,通过原核表达、真核表达、农杆菌介导的瞬时转化烟草等技术,对苹果MdWSDs基因表达特性进行了初步探究。主要结果如下:(1)通过生物信息学软件对得到11个具有酯类醇酰基转移酶功能注释的候选基因进行了多重分析,包括染色体定位、保守结构域预测、蛋白大小及结构预测以及系统发育关系等。结果表明,11个蜡酯合酶家族成员分布在7条染色体上,均具有蜡酯合酶WS/DGAT类型保守的motif-HHXXXDG,有9个成员含有WES-acyltranf结构域。系统进化分析显示,苹果MdWSDs蛋白可以分成3簇,其中MdWSD5与拟南芥的At WSD1和矮牵牛的Ph WS1紧密聚类在一起。(2)苹果MdWSDs基因家族的表达具有组织特异性。除MdWSD6和MdWSD9没有检测到表达量外,苹果中其他MdWSDs基因家族成员大多数都能在所有组织中表达。其中MdWSD2和MdWSD7在果皮中表达量最高,MdWSD3、MdWSD5、MdWSD11在果皮和叶片中表达量都很高。该家族成员在不同采后贮藏时期表达模式也不相同,其中MdWSD2、MdWSD3、MdWSD5和MdWSD8表达量随着贮藏时间的延长逐渐上升达到最大值后随之下降,与果皮油腻化进程一致。(3)从‘乔纳金’果皮中成功克隆得到的MdWSD2、MdWSD3和MdWSD5基因,分别编码262、466、496个氨基酸残基。SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳和蛋白质免疫印记实验检测原核表达得到的MdWSD2、MdWSD3和MdWSD5蛋白分子量分别为30 k Da、52 k Da和55 k Da。亚细胞定位结果表明,在花椰菜病毒35S强启动子的诱导下,三个蜡酯合酶基因的GFP融合蛋白均分布于内质网,MdWSD2-GFP、MdWSD5-GFP同时聚集于细胞核。(4)1-MCP处理后的苹果在贮藏过程中果皮液体酯类积累显著降低,同时q PCR分析结果显示1-MCP处理明显抑制MdWSD2和MdWSD5的转录水平。(5)大肠杆菌和酵母菌中表达的MdWSDs蛋白均没有检测到蜡酯合酶活性,但在本氏烟草中瞬时过表达3个MdWSDs基因,GC-MS分析发现过表达MdWSD5的烟草叶片中有两种新酯类的形成。该结果初步验证MdWSD5可能具有酯类合成的功能。
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