茶树脱落酸(ABA)相关基因家族成员的鉴定和功能初步分析

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茶是一种世界范围内的重要健康饮料,富含多种营养物质,如茶多酚、氨基酸、咖啡碱等。茶叶一般是采摘茶树新鲜叶片加工而成。茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]是多年生常绿木本作物,茶树生长过程中,易遭受各种环境非生物胁迫,例如极端温度、干旱和高盐等。极端环境给茶树生长发育造成不利影响,进而影响茶叶的产量和经济效益。当前,茶树育种的目标之一是增强茶树对非生物胁迫的抵抗水平。脱落酸(ABA)是一种重要的植物激素,对茶树非生物胁迫响应和生长发育等方面起着重要作用。鉴于此,本研究根据茶树基因组数据库,分离鉴定获得15个茶树ABA合成降解途径基因和25个ABA信号转导相关基因,并对其功能进行了初步研究,主要研究结果如下:1、基于茶树品种‘舒茶早’基因组数据库,从中分离鉴定获得15个ABA合成降解途径基因,包括CsABA1基因、CsABA2基因、CsAAO3基因、7个CsNCED基因和5个CsCYP707A基因。构建氨基酸序列的系统发育树,再分析其保守结构域。结果显示,15个ABA合成降解途径基因氨基酸序列含有对应的保守结构域,CsABA1 比 AtABA1 少 了一个 NADbinding8 结构域,CsAAO3 比 AtAAO3 少了一个Fer2结构域。CsNCED5的RPE65结构域中间有缺失。CsCYP707A2氨基酸序列除含有p450结构域外,还包含了另外四个结构域,说明CsCYP707A2可能还有其他功能。通过构建化学物质和蛋白互作网络,预测了茶树ABA合成降解途径蛋白功能及其互作关系。结果表明ABA合成降解途径蛋白功能多样且与ABA间联系复杂。通过分析转录数据和定量PCR数据发现,ABA合成降解途径基因在茶树不同组织中的表达量存在差异。大多数茶树ABA合成降解途径基因在根和叶中表达量最高,部分在生殖器官中表达最高。在高温处理下,CsCYP707A2基因的表达水平随时间点上调,在48 h时为对照的30.9倍。在低温处理下,CsCYP707A1基因的表达水平随时间点上调,在24 h时为对照的11.7倍。2、根据茶树基因组鉴定获得可能参与ABA信号转导的7个CsCBL基因和18个CsCIPK基因。进一步分析上述25个基因的理化特性、系统发育、保守基序、基因结构、同源基因网络和启动子上游顺式作用元件。这些基因的保守基序随系统发育树的分支不同而变化。从基因结构上看,茶树CIPK基因家族的成员可以分为两种类型:多内含子和无内含子。在25个基因的启动子上游2000 bp发现了许多与逆境相关的元件,PlantCARE预测CsCBL4上游包含30个与逆境相关的元件。此外,选择了 8个基因进行实时荧光定量PCR(RT-qPCR),以检测它们在高温、低温、盐和干旱条件下的表达情况。结果显示上述基因对一种或多种非生物胁迫处理有响应。CsCBL4、CsCIPK2和CsCIPK14的表达水平相似,并且与拟南芥中参与SOS途径的AtSOS3、AtSIP3 和 AtSIP4 同源。3、检测和分析了高、低温胁迫下,茶树ABA相关基因表达水平与ABA含量的关系。首先测定了高、低温胁迫对茶树ABA含量的影响,然后与ABA相关基因的表达水平进行相关性分析。结果显示,高、低温胁迫下,茶树内源ABA含量明显下降。其中,高温胁迫下,ABA含量先下降后上升;低温胁迫下,ABA含量持续下降。相关性分析显示,高温胁迫下,CsNCED1的表达量与ABA含量呈显著正相关性(0.949);CsCIPK7的表达量与ABA含量呈显著负相关性(-0.980)。在低温胁迫下,只有CsNCED4和CsCIPK12表达量和ABA含量显著正相关(0.963,0.894)。推测CsNCED1和CsNCED4可能参与了茶树ABA代谢调控;CsCIPK7和CsCIPK12可能参与了 ABA信号转导。
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