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怀山药(Dioscorea opposita Thunb.)是我国著名的“四大怀药”之一,药食兼优。为解析其微型块茎诱导形成的分子机制,本研究以其优良种质——铁棍山药为试材,在前期微型块茎转录组分析研究的基础上,对筛选到的微型块茎诱导形成的潜在相关基因DoBBX6和DoBBX17进行克隆,并对其序列、蛋白结构及生化特性进行深入分析;为进一步研究基因的功能,分别构建了RNAi和过表达载体,并将过表达载体转入马铃薯中。研究结果如下: 1.DoBBX6和DoBBX17的克隆及序列分析 采用RACE技术从微型块茎中分离到了DoBBX6和DoBBX17基因cDNA全长。DoBBX6基因cDNA全长1332bp,开放阅读框长1041bp,共编码347个氨基酸,在N端有两个串联的B-box保守结构域,在C端有一个CCT结构域;DoBBX17基因cDNA全长为1811bp,开放阅读框长1281bp,共编码427个氨基酸,在N端含一个B-box保守结构域,在C端有一个CCT结构域,这两个基因编码的氨基酸与其他植物具有较高的一致性,均属于C2C2型锌指蛋白基因。 2.DoBBX6和DoBBX17蛋白结构分析 DoBBX6和DoBBX17蛋白的初级结构均为酸性亲水蛋白,二级结构均以无规则卷曲、α螺旋结构为主,两者均不含跨膜区、信号肽,亚细胞定位预测均定位在细胞核中,且在C端CCT结构域中含有核定位相关的NLS序列。DoBBX6蛋白无序化的比例为22.5%,DoBBX17蛋白无序化比例为45.4%,且CCT结构域均存在于蛋白的最大无序化区域内,DoBBX6和DoBBX17蛋白均存在多个潜在的磷酸化位点。这两个锌指蛋白作为核转录因子,利用生物信息学方法预测其主要在转录、转录调控、生长因子等方面发挥调控作用。 3.DoBBX6和DoBBX17蛋白的生化特性分析 采用瞬时转化烟草的方法将DoBBX6、DoBBX17蛋白定位在细胞核中;通过酵母转录激活系统研究表明二者均具有转录激活活性,但其保守结构域B-box和CCT则均没有转录激活活性。 4.载体构建与遗传转化研究 利用pFGC1008为骨架载体,构建了DoBBX6、DoBBX17两个基因的RNAi载体;以pBI121为骨架载体,构建了DoBBX6、DoBBX17两个基因的过表达载体,并应用根癌农杆菌介导法将其转入马铃薯中,并分别获得转基因株系。 以上研究为解析怀山药微型块茎诱导形成的分子机制以及脱毒微型块茎形成的离体调控奠定了理论基础。