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半夏 Pinellia ternata(Thunb.)Briet.为天南星科半夏属多年生宿根草本植物,以块茎入药,是一种重要的中药材。在气温高于30℃,半夏地上部分随即枯萎,俗称―倒苗‖。倒苗缩短了半夏的生长期,严重影响了半夏的产量。目前,半夏高温倒苗的机理还不清楚,因此,研究半夏高温倒苗的分子机理及调控,对半夏栽培和产业的发展及种质保存等具有十分重要的意义。 本研究以高温胁迫和未经高温胁迫的半夏叶片及叶柄为材料,构建了半夏高温胁迫的消减文库。在消减文库的构建过程中,皂土法与Rnaiso Plus试剂盒法分别用于半夏总RNA的提取,以获得高质量的RNA满足后续SSH技术需求。比较发现,两种方法所得的半夏总RNA质量均较高,但Rnaiso Plus试剂盒法做为普适性提取方法,由于半夏等药用植物富含多糖、多酚的原因而造成产物不纯,凝胶点样孔内有残留。利用皂土法所提取的半夏总RNA条带清晰、完整性好,可以满足后续消减杂交的技术需求。 消减文库构建完成后,对文库中的308个阳性克隆提取质粒并测序,去除低质量及载体等序列后,共获得高质量序列303个。对序列进行分析后发现,其中61个ESTs没有发现同源性片段,余下的242个EST片段中44个为单拷贝序列。对该转录组进行了GO功能分类预测,有230个 gene可注释为不同的GO terms。在分子功能分类中与结合相关的EST占64.5%、催化活性相关的ESTs占24.6%;生物过程分类中与细胞过程相关的ESTs占22.4%、生物调解占4.5%、刺激响应占38.8%、代谢过程占24.3%;细胞组分分类中与细胞器元件相关的ESTs占23.2%、大分子复合物占6.2%、细胞占65.6%。 文库中4个特异性EST序列分别与HSP70(热激蛋白70)、HSP90(热激蛋白90)、sHSP(小热激蛋白)、SAD(硬脂酰脱氢酶)基因同源性较高。利用定量 PCR技术分析4个基因的表达模式,研究发现半夏在高温胁迫过程中PtHSP70、PtHSP90、 PtsHSP3个基因上调表达而PtSAD基因的表达量则呈下调趋势。依据半夏消减文库中PtSAD基因EST片段信息,利用5’-RACE和3’-RACE方法扩增出半夏PtSAD5’片段和3’片段,经拼接后获得一个1595 bp序列,ORF Finder预测获得一个1185 bp的开放阅读框(ORF),推测编码394个氨基酸,利用ExPASy Proteomics Server的在线软件Protparam对PtSAD基因编码蛋白的理化性质进行预测,推测该蛋白的分子式为C2006H3141N557O587S17,分子质量是44.9984 kD,等电点pI6.34;带正电残基(Arg+Lys)为52,负电残基(Asp+Glu)为56。该蛋白的不稳定系数为43.61,脂肪系数为79.01,亲水性系数为-0.449。利用相同方法克隆得到 PtsHSP全长基因序列,其包含852bp,ORF Finder预测获得一个468 bp的开放阅读框(ORF),推测编码155个氨基酸,分子式为 C758H1228N204O234S9,分子质量是17.2318 kD,等电点 pI5.52;带正电残基(Arg+Lys)为22,负电残基(Asp+Glu)为24。该蛋白的不稳定系数为42.77,脂肪系数为79.03,亲水性系数为-0.368。 半夏在高温胁迫过程中,会特异性表达热激蛋白基因。同时,也会诱导脂肪酸代谢过程相关酶基因表达量的变化,其中硬脂酰脱氢酶(PtSAD)作为脂肪酸脱氢的初级代谢酶,通过该基因的下调可以减少不饱和脂肪酸的含量,进而提高半夏耐热性。