茶树维生素B6代谢酶基因PLK、PNPO和PLR的克隆与表达

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维生素B6(Vitamin B6,VB6)是一组可相互转化的2-甲基-3-羟基吡啶类化合物的总称,包括吡哆醇(Pyridoxine,PN)、吡哆醛(Pyridoxal,PL)、吡哆胺(Pyridoxamine,PM)及三者分别对应的磷酸酯形式:磷酸吡哆醇(Pyridoxine-5’-phosphate,PNP)、磷酸吡哆醛(Pyridoxal-5’-phosphate,PLP)和磷酸吡哆胺(Pyridoxamine-5’-phosphate,PMP)。其中,PLP是VB6中发挥活性作用的最主要形式,它是140多种细胞酶的辅酶,参与生物体内多种物质的合成与代谢。植物可以通过DXP非依赖途径合成PLP,PLP在植物体内经过一系列酶的催化作用代谢转换成不同形式的VB6。在这个过程中VB6磷酸酶、PL还原酶(PLR,Pyridoxal reductase)、PL激酶(PLK,Pyridoxal kinase)和PNP氧化酶(PNPO,Pyridoxine 5’-phosphate oxidase)起着至关重要的作用。目前在拟南芥中已经成功克隆鉴定出PLK、PNPO和PLR,并通过T-DNA插入突变在基因表达水平上探究了VB6其他合成代谢转换酶基因表达的影响,也探索了这些基因对低温、高光、干旱、施加外源激素等胁迫的响应。VB6的相关研究材料主要是拟南芥、烟草等草本植物。本实验采用茶树为材料进行PLK、PNPO和PLR相关研究,对植物体内营养素VB6的合成和代谢转换具有参考作用。本研究利用拟南芥PLK、PNPO和PLR的编码序列(CDS)在茶树CDS库中比对,寻找到预测编码茶树CsPLK、CsPNPO和CsPLR的CDS,设计引物对CsPLK、CsPNPO和CsPLR的编码框进行克隆得到预期大小的DNA片段,产物测序结果显示CsPLK编码的蛋白质含有344个氨基酸残基,分子量37.9kDa,理论等电点6.21;CsPNPO编码的蛋白质含501个氨基酸残基,分子量48.5kDa,理论等电点5.82;CsPLR编码的蛋白质含有324个氨基酸残基,分子量36.1kDa,理论等电点9.10。在茶树各组织中CsPLK表达量由高到低依次为叶>茎=根;CsPNPO表达量依次为叶>茎>根;CsPLR同样是叶>茎>根。将克隆得到的CsPLK、CsPNPO和CsPLR的编码框CDS导入到pET22b表达载体后在大肠杆菌Rosetta中表达。催化功能验证发现,相对于底物PL,pro--CsPLK的酶活力4.853μmolPLP/mg/min是对照组pro-22b酶活力0.529μmolPLP/mg/min的9.17倍。相对于底物PMP,pro-CsPNPO酶活力4.375μmolPLP/mg/min是对照pro-22b酶活力0.344μmolPLP/mg/min的12.72倍。结果证实了克隆得到的序列编码的蛋白为茶树CsPLK和CsPNPO。以长势一致的一年生龙井43号茶树为材料设置低温和干旱逆境,通过实时荧光定量PCR(QRT-PCR)检测显示低温处理下CsPLK表达先上升,在处理8小时时到达顶点后逐渐下调;CsPNPO表达量则逐渐降低,24 h降到最低,随后有所回升;CsPLR的表达量也随处理时间的延长逐渐下调,在24小时到达最低点,前期下调不明显,后有所恢复但仍低于处理前水平。干旱处理下CsPLK表达量下降,第12天降到最低点,复水后第6天有所回升;CsPNPO在干旱处理后下调,第12天到达最低点,复水后上调;CsPLR的表达则随处理时间的增加而上升,在第12天达到最高,复水6天后下调。结果初步证实了CsPLK、CsPNPO、CsPLR参与茶树对低温和干旱胁迫的响应。
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