红掌香气相关基因的克隆与表达分析

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香气是红掌育种的重要目标性状,但是目前有关香气性状的遗传研究较少,因此深入开展红掌香气成分及其遗传的研究对香型红掌育种具有重要意义。本文以红掌杂交后代为材料,研究红掌主要香气类型及其分离;从有香亲本A.‘Mystral’和无香亲本A.‘Alabama’中克隆红掌萜类物质合成相关基因AaDXS和AaDXR,并进行生物信息学分析;利用实时荧光定量PCR分析香气相关基因的表达。主要研究结果如下:(1)对12份香型红掌种质资源进行人工感官鉴定,其香气类型可分为:松香、柠檬香、果香、薄荷香、臭香,其中主要香气类型为松香。(2)柠檬香型组合、果香型2011-217-3、果香型2012-179-3、松香型二倍体和四倍体的主要香气物质分别为D-柠檬烯、乙酸苄酯、乙酸异戊酯、芳樟醇,其相对含量分别为5.48μg·gFW-1·h-1、9.40μg·gFW-1h-1、2.21μg·gFW-1·h-1、37.80μg·gFW-1·h-1、19.40μg·gFW-1·h-1;且松香型、果香型红掌均含有乙酸苄酯、桉叶油醇两种香气物质。人工感官鉴定红掌香气类型与GC-MS测定结果基本一致。(3)克隆了红掌AaDXS和AaDXR基因。有香亲本和无香亲本中获得了2个AaDXS的cDNA序列,长度分别为2115 bp和1569 bp,分别编码了704和522个氨基酸;两种材料的AaDXS基因ORF序列基本一致,仅在第1外显子1917bp处的碱基存在差异,有香亲本AaDXS基因此处的碱基是C,而无香亲本AaDXS则为T,但其所编码的氨基酸序列是相同的,由此可推断有香亲本和无香亲本中AaDXS基因的显著差异表达不是由基因的编码序列本身导致,可能是与转录调控环节有关。AaDXR基因的编码序列长度为1413 bp,编码了470个氨基酸;有香亲本和无香亲本的AaDXR基因ORF序列基本一致,仅在第2外显子27 bp处的碱基存在差异,有香亲本AaDXR在此处的碱基为A,无香亲本AaDXR则为T,导致其编码的第37位氨基酸发生改变,有香亲本AaDXR在该处的氨基酸为赖氨酸(K),无香亲本AaDXR则为甲硫氨酸(M),因此导致了M-AaDXR的Thr磷酸化位点较A-AaDXR多1个。(4)与无香亲本相比,萜类化合物生物合成途径相关基因DXS、DXR和苯丙烷类代谢途径相关基因PAL1以及莽草酸代谢途径相关基因DAHPS2,尤其是DXS、PAL1在有香亲本肉穗花序各部位中显著表达,其中DXS表达量在肉穗花序中部与无香亲本差异最显著,高达210倍。(5)植物萜类化合物生物合成途径相关基因DXS、DXR、MCT、MDS和SES,尤其是DXS在柠檬香组合雄蕊组织中的表达量显著高于无香组合。(6)苯丙烷类代谢途径相关基因PAL1、PAL2、MYBR2R3、MYB305以及莽草酸代谢途径相关基因DAHPS2,尤其是PAL1、PAL2在果香型红掌的雄蕊中高表达。植物萜类物质生物合成途径相关的基因DXS、SES在松香型红掌的雄蕊中表达较高。通过上述研究,明确了不同香型红掌的香气成分、合成部位和途径,克隆了DXS和DXR基因,初步阐明有香红掌和无香红掌的分子遗传基础,为深入研究红掌香气性状的分子机理,开展红掌香气性状的分子育种奠定了基础。
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