陳秋紅 韋鵬飛 喻泱華 譚攀 郭崇炎 王志龍
摘 要:1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合成酶基因(ACS)編碼的蛋白是控制植物體內(nèi)乙烯合成的關(guān)鍵限速酶,在植物發(fā)育、果實成熟、性別決定及抗逆境等過程中都發(fā)揮著重要調(diào)控作用。該研究采用RT-PCR和RACE技術(shù)首次從高叢藍莓中獲得了ACS基因的全長cDNA序列。該基因的cDNA序列全長為1747bp,其開放閱讀框長為1323bp,編碼440個氨基酸,命名為Vc ACS。Vc ACS為親水性蛋白,無跨膜結(jié)構(gòu)域,預(yù)測定位于細胞核或細胞質(zhì),含有AAT_like-吡哆醛-5-磷酸保守結(jié)構(gòu)域。進化樹分析表明,藍莓Vc ACS蛋白和中華獼猴桃ACS蛋白的親緣關(guān)系最近。轉(zhuǎn)錄表達水平檢測結(jié)果表明,VcACS基因主要在花托、花瓣、雄蕊和根中表達,在花托中表達量最高,在嫩莖有低水平的表達,在葉中不表達。PEG6000(干旱)、低溫和乙烯利都能誘導(dǎo)Vc ACS基因的表達上調(diào),但表達水平存在差異。該研究成果為藍莓ACS基因的進一步利用奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:藍莓;ACS基因;生物信息學(xué)分析;表達分析
中圖分類號 S663.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2018)21-0010-07
Cloning and Expression Analysis of Vc ACS Gene from Blueberry
Chen Qiuhong et al.
(College of Agricultural,Hunan Agriculture University,Changsha 410128,China)
Abstract:The protein,1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase gene (ACS)is a key rate-limiting enzyme for controlling ethylene synthesis in plants.It plays an important role in plant development,fruit ripening,sex determination and stress resistance.In this research,the full-length cDNA sequence of ACS gene was obtained from highbush blueberry for the first time using RT-PCR and RACE technology.The full-length cDNA sequence of the gene was 1747bp,and its open reading frame was 1323bp,encodes 440 amino acids,named Vc ACS.Vc ACS is a hydrophilic protein with no transmembrane domain.It is predicted to be located in the nucleus or cytoplasm and contains the conserved domain of AAT_like-pyridoxal-5-phosphate.Phylogenetic tree analysis showed that the kinship between Vc ACS protein and ACS protein of Actinidia chinensis was the closest.The results of transcriptional expression analysis showed that Vc ACS gene was mainly expressed in receptacles,petals,stamens and roots,with the highest expression in receptacles and low expression in tender stems,but was not expressed in leaves.PEG6000 (drought),low temperature or ethephon treatment all could induce the expression of Vc ACS gene,but the expression level and induction speed were different.This research lays the foundation for the further utilization of the ACS in blueberry.
Key words:Blueberry;ACS gene;Bioinformatics analysis;Expression analysis
乙烯(ethylene)是一種重要的植物內(nèi)源性氣體激素,參與調(diào)控植物種子的萌發(fā)、性別分化、果實成熟、生物和非生物脅迫等多種植物生長發(fā)育過程[1-4]。乙烯的生物合成是一個復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程,首先蛋氨酸由腺苷蛋氨酸合成酶催化生成腺苷蛋氨酸,之后腺苷蛋氨酸再由ACC合成酶(l-aminocyclopropane-1-carboxlic acid synthase,ACS)催化生成 ACC(l-aminocyclopropane-1-carboxylic acid,ACC),最后ACC在ACC氧化酶(l-aminocyclo Pro Pane-1-carboxylic acid oxidase,ACO)的作用下生成乙烯[5,6]。由此可知,在乙烯生物合成途徑中,ACS是一個關(guān)鍵的限速酶。ACS的合成是受到ACS基因編碼的,但ACS在一般植物組織中含量低,而受生物、非生物脅迫因子誘導(dǎo)進行從頭合成,且不易被分離純化[7]。植物中編碼ACS的基因大多是家族基因。目前,研究者已從部分植物中克隆了ACS基因,如在番茄中克隆了9種ACS基因,在擬南芥中克隆了12種,在水稻種分離了5種等等[8]。植物中,不同的ACS基因在植物發(fā)育的不同階段、抗各類生物脅迫、非生物脅迫等具有不同作用。
目前,研究者在很多植物中不僅分離到了ACS基因,并對其進行了相關(guān)功能研究。在天竺葵克隆的4個ACS基因中,pGAC-1G在莖、葉、花蕾、花瓣、雌蕊中大量表達,但在根中幾乎檢測不到;且ABA能強烈誘導(dǎo)pGAC-1G在葉中的轉(zhuǎn)錄表達。pGAC-2G在根中表達量較豐富,在葉和雌蕊中呈中等表達強度,在莖和花蕾中表達量較低,在花瓣中幾乎檢測不到;在葉片中,pGAC-2G對黑暗處理具有一定程度的響應(yīng)表達。Pz ACS3幾乎僅在根中表達,無論何種處理,都不能誘導(dǎo)PzACS3在葉中的轉(zhuǎn)錄表達。Pz ACS4在花蕾中表達水平較高,在莖、葉和花瓣中表達水平相對中等,在雌蕊中表達量較低,在根中不表達;無論是黑暗、ABA、乙烯、TDZ處理或者是對照未處理組,PzACS4在葉中均呈現(xiàn)組成性表達模式[9]。番茄的9個ACS基因中,Le ACS1A、Le ACS2、Le ACS3與Le ACS6 都具有調(diào)控果實成熟的功能,但是它們的表達模式并不相同[10]。苧麻Bn ACS1基因在苧麻的根、莖、莖尖、葉片、雌花和雄花中均有表達,且在根系和雄花中表達較高;ABA和干旱處理都能誘導(dǎo)Bn ACS1組織表達水平發(fā)生變化,而高鹽處理后Bn ACS1在根、莖尖和葉片中均不表達[11]。羅漢果Sg ACS1基因在檢測的植株各個部位和各個發(fā)育時期均有表達,在授粉后的雌株花蕾中相對表達量最高,其次是授粉前后雌株的花和取粉前后雄株的芽;銀離子處理后的雌株在授粉后的花蕾和芽中Sg ACS1的相對表達量最低[12]。對黃瓜F2分離群體中的性別表型分析表明,CS-ACS1G基因標記與性別決定基因F位點具有100%相關(guān)性,在黃瓜花性別決定上起了關(guān)鍵作用;通過對黃瓜基因組DNA的Southern雜交和SCAR標記分析,發(fā)現(xiàn)CS-ACS1G基因為雌性系和亞雌性系所特有[13,14]。轉(zhuǎn)反義ACS基因的番茄在采后貯藏過程中的乙烯生成量很低,而且對番茄果腐病病原菌侵染的抗性顯著提高[15]。把反義ACS基因?qū)敕堰€能顯著減緩番茄果實的成熟衰老速度;而當用乙烯利處理后,果實就會成熟變軟,其果實品質(zhì)與正常果無異,這種耐貯保鮮性的轉(zhuǎn)基因番茄具有明顯的經(jīng)濟價值[16]。水稻中,Os ACS1和Os ACS2能被稻瘟病菌誘導(dǎo)表達;二化螟、稻縱卷葉螟和褐飛虱為害都能快速誘導(dǎo)水稻中Os ACS2的表達[17,18]。
藍莓(Vaccinium corymbosum L.)又稱為越橘、藍漿果,為杜鵑花科(Ericaceae)越桔亞科(Vaeeinioideae)越桔屬(Vaccinium)多年生落葉灌木或常綠灌木,約有450種,一般可分為高叢藍莓、矮叢藍莓和兔眼藍莓3種類型[19,20]。藍莓果實營養(yǎng)豐富,含有花青苷、綠原酸、超氧化物歧化酶及不同維生素等生物活性成分,對治療癌癥、糖尿病、高血壓等都有益處,被譽為“漿果之王”[21,22]。目前,人們對藍莓基因工程方面的研究多集中在抗逆基因和次生代謝產(chǎn)物相關(guān)基因[23-25],而對藍莓果實成熟相關(guān)的基因研究很少。為此,本研究通過RT-PCR和RACE技術(shù),首次獲得了可能與藍莓果實成熟相關(guān)的Vc ACS基因的全長cDNA序列,對此序列進行了相關(guān)生物信息學(xué)分析,并通過qRT-PCR技術(shù)分析了該基因的組織表達特性和脅迫表達特性,為今后進一步深入揭示藍莓Vc ACS基因在果實成熟和生物脅迫、非生物脅迫過程中的作用及果樹育種利用方面的作用奠定堅實基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 試驗材料 試驗藍莓“圓藍”屬于高叢藍莓,為5年齡成熟樹苗,移栽自宜春藍玉農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司,種植在本實驗室的果圃里,并經(jīng)過組織培養(yǎng)獲得藍莓組培苗。在藍莓生殖生長期間,取其不同組織器官,用于檢測Vc ACS基因的組織表達特性。選取生長健壯且長勢相近的、已經(jīng)培養(yǎng)了2個月的“圓藍”組培苗為實驗材料[26],經(jīng)不同脅迫處理后,檢測Vc ACS基因脅迫條件下的表達特性。
1.1.2 試驗試劑 總RNA抽提采用百泰克通用植物總RNA提取試劑盒(RP3302),反轉(zhuǎn)錄前采用Thermo Scientific公司DNAseI處理總RNA樣,cDNA第一鏈合成采用RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit(Thermo Scientific)試劑盒。SYBR? Premix Ex Taq?II (TliRNaseH Plus)和SMARTer? RACE 5′/3′Kit購自寶日醫(yī)生物技術(shù)(北京)有限公司。金牌PCR MIX(高保真)、2×TSINGKE Master Mix、DL2000 DNA Marker均購自北京擎科新業(yè)生物技術(shù)公司。引物合成及基因測序在生工生物工程(上海)股份有限公司進行。大腸桿菌感受態(tài)Trans1-T1、克隆載體試劑盒pEASY-Blunt Zero Cloing Kit購買自北京全式金生物技術(shù)有限公司。膠回收試劑盒購自O(shè)mega Bio-Tek公司。質(zhì)粒抽提試劑盒在生工生物工程(上海)股份有限公司購買。其他試劑均為國產(chǎn)分析純級。
1.2 方法
1.2.1 藍莓Vc ACS基因的克隆 根據(jù)GenBanK中已知的甜橙Cs ACS1(Citrus sinensis,CAB60721.1)、蘋果Md ACS3b(Malus domestica,BAE94691.1)、沙梨Pp ACS2(Pyrus pyrifolia,BAA76388.1)、枇杷Ej ACS(Eriobotrya japonica,ACT54524.2)和龍眼Dl ACS(Dimocarpuslongan,ACM48506.3)蛋白的保守區(qū)域設(shè)計引物(表1),以藍莓“圓藍”莖、葉和盛花期全花的混合cDNA為模板,用金牌PCR MIX(高保真)進行PCR,擴增Vc ACS基因的保守區(qū)段。PCR擴增條件為:95℃、5min預(yù)變形后,95℃、30s、56℃、30s、72℃、30s,此3步循環(huán)33次,最后72℃延伸5min。擴增得到的PCR產(chǎn)物經(jīng)電泳后切膠回收目的條帶,回收產(chǎn)物與pEASY-Blunt Zero Cloing載體連接,連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)Trans1-T1,轉(zhuǎn)化后感受態(tài)經(jīng)復(fù)蘇后涂皿。過夜生長后挑單克隆進行菌落PCR鑒定,將陽性單克隆搖菌后提質(zhì)粒進行酶切驗證,驗證正確后送測序,得到藍莓Vc ACS基因部分保守區(qū)段序列;再以該保守序列為基礎(chǔ),設(shè)計3′RACE和5′RACE引物,并擴增得到相應(yīng)片段,經(jīng)克隆測序得到片段序列。最后將所得保守序列、3′RACE序列和5′RACE序列進行拼接,設(shè)計擴增Vc ACS基因全長cDNA序列的引物(表1)。經(jīng)擴增、克隆、測序后,得到藍莓Vc ACS基因全長cDNA序列。
1.2.2 生物信息學(xué)分析 藍莓Vc ACS蛋白的理化特性、親疏水性、跨膜結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和亞細胞定位結(jié)果分別通過在線軟件Protparam(https://web.expasy.org/protparam/)、ProtScale(http:web.expasy.org protscale)、TMHM(http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)、GOR (http://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_gor4.html)、Phyr2 (http:http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/~phyre2/html/page.cgi?id=index)和WOLF PSORT (https://www.genscript.com/tools/wolf-psort)分析得到;用ClustalX2.0軟件進行蛋白氨基酸多序列比對,用MEGA6.06軟件的鄰近相連法(NJ)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進化樹。
1.2.3 藍莓 Vc ACS基因的轉(zhuǎn)錄表達譜分析在藍莓生殖生長期分別取其根、嫩莖、葉、盛花期花瓣、花托、雄蕊、雌蕊以及藍莓幼果(花后7d)等組織器官樣品,錫箔紙包好后立即用液氮速凍,存于-80℃冰箱,用于基因組織轉(zhuǎn)錄表達特性分析。以“圓藍”組培苗為實驗材料,分別用20%PEG6000、4℃和2mmol/L乙烯利(ETH)進行干旱、低溫和外源乙烯利脅迫處理,并在處理0h、1h、6h、12h和24h時分別整株取樣,錫箔紙包好后立即用液氮速凍,存于-80℃冰箱,用于基因脅迫轉(zhuǎn)錄表達譜分析。分別提取藍莓不同組織器官及不同脅迫處理后的RNA,合成cDNA第1鏈。根據(jù)藍莓Vc ACS全長cDNA序列設(shè)計熒光定量PCR引物ACS-qRT-F和ACS-qRT-R,以Vc GAPDH基因為內(nèi)參(引物見表1),檢測藍莓Vc ACS基因的轉(zhuǎn)錄表達水平。
2 結(jié)果與分析
2.1 藍莓ACS基因的克隆與序列分析 以藍莓嫩莖、葉和盛花期全花的混合cDNA為模板,擴增得到Vc ACS基因保守區(qū)段條帶(圖1A),經(jīng)克隆測序后發(fā)現(xiàn)其大小為994bp。用該保守序列設(shè)計5′RACE引物、3′RACE引物,擴增得到5′RACE片段(圖1B)和3′RACE片段(圖1C),經(jīng)克隆測序后發(fā)現(xiàn)其大小分別為1309bp和727bp。將保守序列、3′RACE序列和5′RACE序列拼接后,獲得Vc ACS基因的全長cDNA序列。設(shè)計擴增全長cDNA的引物并擴增得到Vc ACS基因的全長cDNA序列片段(圖1D),經(jīng)克隆測序后發(fā)現(xiàn)其大小為1747bp。該序列經(jīng)DNAstar軟件分析和 GenBank 數(shù)據(jù)庫 BLAST 比對后,確定該基因開放閱讀框長為1323bp,編碼440個氨基酸(圖2),命名為Vc ACS。
A.cDNA保守區(qū)段擴增 B.5′RACE擴增 C.3′RACE擴增 D.全長cDNA擴增
2.2 藍莓Vc ACS蛋白理化性質(zhì)及功能預(yù)測分析 利用Protparam在線軟件分析Vc ACS蛋白的理化特性,結(jié)果表明,藍莓VcACS基因所編碼蛋白分子式為C2208H3422N596O673S19,相對分子質(zhì)量為4.96kD,理論等電點是5.20,脂溶指數(shù)為79.34,總平均親水性值為-0.350。利用ProtScale軟件對該蛋白氨基酸進行疏水性分析,由圖3A結(jié)果可知,其疏水性最大值為1.756(第125位氨基酸位處),最小值為-3.178(第335位氨基酸位處),總體上看該蛋白為親水性蛋白,這與Protparam軟件預(yù)測結(jié)果一致。用TMHM軟件分析Vc ACS蛋白是否為跨膜蛋白,結(jié)果見圖3(B),該蛋白不含跨膜結(jié)構(gòu)域,不是跨膜蛋白。利用NCBI線上的CDD軟件對Vc ACS蛋白的保守結(jié)構(gòu)域進行分析(圖4)。由圖4可知,該蛋白是1個典型的1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase蛋白(PLN02607),含有AAT_I超家族特征結(jié)構(gòu)域,屬于Aminotran_1_2蛋白超家族。
使用在線軟件GOR4對藍莓Vc ACS蛋白進行二級結(jié)構(gòu)分析,結(jié)果見圖5(A),Vc ACS蛋白二級結(jié)構(gòu)含有182個α-螺旋,71個延伸鏈和184個無規(guī)則卷曲,它們分別占到蛋白總氨基酸的41.36%、16.82%和41.82%。對Vc ACS蛋白進行相似三級結(jié)構(gòu)模型建模,結(jié)果見圖5(B),找到與其模型最相近的蛋白,為1-aminocyclopropane-1-carboxylate酶(ACS)。Vc ACS蛋白的415個氨基酸殘基(占整個蛋白的94%)與此蛋白模型具有100%的相似度。利用WOLF PSORT預(yù)測分析該蛋白的亞細胞定位情況。結(jié)果顯示,藍莓Vc ACS蛋白可能定位于細胞核或細胞質(zhì)。
2.3 藍莓Vc ACS同源性比較與系統(tǒng)進化樹分析 通過Genbank上的Blastx工具對Vc ACS蛋白序列進行同源性檢索,選取11條同源性較高的植物ACS蛋白序列,即中華獼猴桃Acv ACS(Actinidia chinensisvar.chinensis,PSS01957.1)、毛白楊Pt ACS7(Populustrichocarpa,XP_002308289.1)、蓖麻Rc ACS7(Ricinus communis,XP_002514161.1)、栓皮櫟Qs ACS7(Quercus suber,XP_023898923.1)、白花鶴望蘭Hu ACS7(Herraniaumbratica,XP_021276619.1)、柑橘Cs ACS7(Citrus sinensis,XP_006475545.1)、桃樹Pp ACS7(Prunus persica,XP_020424364.1)、白羽扇豆La ACS4(Lupinusalbus,AAF22108.1)、蔓花生Ad ACS7(Arachisduranensis,XP_015955230.1)、蘋果Md ACS3c(Malus domestica,BAE94692.1)和野桑蠶Mn ACS7(Morusnotabilis,XP_010090013.1),利用ClustalX2.0軟件進行序列同源性比對,結(jié)果見圖6。共比較了448個氨基酸殘基,保守的氨基酸殘基達81.47%,有279個氨基酸殘基在比較的所有物種中完全保守,占62.28%(上標“*”),有57個氨基酸殘基高度保守,占12.72%(上標“:”),還有29個氨基酸殘基較高度保守,占6.47%(上標“.”)。
在序列對比的基礎(chǔ)上,為進一步了解藍莓Vc ACS與其他植物ACS之間的進化關(guān)系,用以上12條植物ACS氨基酸序列構(gòu)建系統(tǒng)進化樹,由圖7可知,這些物種的Vc ACS蛋白序列可以聚為以下2大類;在第1大類中,藍莓和中華獼猴桃的ACS最先聚合,其ACS氨基酸序列相似性達99%,這說明Vc ACS在進化上與中華獼猴桃ACS親緣關(guān)系相對最近;第2大類包括2個亞類,其中一類包括蓖麻、白花鶴望蘭和毛白楊,另外一類包括栓皮櫟、柑橘、桃樹、白羽扇豆、蔓花生、蘋果和野桑蠶。這說明藍莓Vc ACS在進化上與這些物種的ACS親緣關(guān)系相對較遠。
2.4 藍莓Vc ACS基因表達分析 采用熒光相對定量PCR技術(shù)檢測藍莓不同組織器官中的Vc ACS基因的轉(zhuǎn)錄表達水平,結(jié)果見圖8。由圖8可知,VcACS基因在藍莓的根、嫩莖、花托、花瓣、雌蕊、雄蕊和幼果中表達,在葉片中不表達;在花托中表達量最高,其次是雄蕊和根,在花瓣和雌蕊中表達量相對較低,在嫩莖中幾乎不表達。
對藍莓組培苗進行不同的脅迫處理后,采用熒光相對定量PCR技術(shù)檢測藍莓Vc ACS基因相對表達變化水平,結(jié)果見圖9。由圖9可知,在PEG6000(干旱)處理1h時,藍莓Vc ACS基因表達水平明顯提升,比0h高了5倍左右而達到最高值;之后Vc ACS表達量下降,但仍比0h要更高,說明干旱能誘導(dǎo)Vc ACS基因的表達。在4℃低溫處理后,Vc ACS基因受到誘導(dǎo),其表達量隨著處理時間延長而慢慢升高,并在24h達到最高值,為0h的7倍左右。乙烯利(ETH)處理藍莓組培苗后,Vc ACS基因也受到了誘導(dǎo),其表達水平隨著處理時間延長而漸漸升高,在24h達到最大值,為0h的2倍左右。
3 討論與小結(jié)
ACS基因是乙烯生物合成途徑中的一個關(guān)鍵限速酶基因,在許多植物中都已經(jīng)被克隆到,但是目前在藍莓中還未見報道。本研究通過RT-PCR和RACE技術(shù)首次獲得了藍莓Vc ACS基因的全長cDNA序列。對此序列編碼的蛋白質(zhì)序列進行保守結(jié)構(gòu)域分析后發(fā)現(xiàn),該蛋白屬于AAT_Ⅰ超家族,含有AAT_like-吡哆醛-5-磷酸保守結(jié)構(gòu)域,具有典型的ACS基因家族結(jié)構(gòu)特征;三級結(jié)構(gòu)預(yù)測后也發(fā)現(xiàn)其與1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合成酶的結(jié)構(gòu)最為接近,進一步的同源性比較和進化樹分析后表明,Vc ACS蛋白與其他物種的ACS蛋白高度同源。這些都說明所克隆得到的藍莓Vc ACS基因是ACS基因家族成員之一。
ACS基因家族中的不同成員在植物的不同生長發(fā)育過程和不同逆境環(huán)境中起著不同的調(diào)控作用,并具有不同的轉(zhuǎn)錄表達模式。不同的ACS基因在植物不同組織中有的為組成型表達,有的是特異性表達。有些ACS基因受到各種逆境誘導(dǎo)表達[11]?!葡闼蒒t ACS1基因在花瓣和副冠中的表達水平都是隨著花的衰老而呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,Nt ACS1基因在花瓣和副冠中的表達量最高值都在花苞期[27]。文心蘭On ACS2基因在花蕊柱中表達量最高,其次是花萼、花瓣和葉片,而在根、莖及花唇瓣中的表達量很少[28]。小蒼蘭中的Fh ACS1基因在花朵不同器官的雄蕊中表達量最高,花瓣中次之,在雌蕊中最低;在花朵完全開放時表達量達到最高值,大部分開放時的表達量次之,完全衰老花朵中的表達量最低[29]。本研究中藍莓Vc ACS基因在花的不同組織中的表達量高低是:花托>雄蕊>花瓣>雌蕊。這與文心蘭中On ACS2基因和小蒼蘭中Fh ACS1基因表達情況很相似。前人研究表明,小蒼蘭花芽中檢測到的95%的ACC均來自花藥,花是產(chǎn)生乙烯的重要器官[30]。藍莓Vc ACS表達量較高的幾個組織都集中在花上,因而推測藍莓的花器官是產(chǎn)生乙烯的重要部位。Vc ACS基因在檢測的藍莓大部分組織中都有表達,但在根、花等非綠色組織中表達量較高,但嫩莖和幼果等綠色組織中的表達量較低,在葉片中甚至不表達,這表明藍莓Vc ACS基因具有明顯的組織表達特異性。
前人研究發(fā)現(xiàn),用乙烯利處理甘蔗幼苗后,甘蔗Sc-ACS1基因在葉中表達,在根中不表達;Sc-ACS2在根和葉中都表達;Sc-ACS3則主要在根表達,在葉中不表達;而且Sc-ACS1對低溫、暗培養(yǎng)、LiCl脅迫和IAA處理都有響應(yīng)[31]。羅漢果Sg ACS3基因在授粉前雌株葉和花芽中的表達水平較高;在Ag+處理前的雌株的花芽和葉中的相對表達量都明顯高于Ag+處理后的雌株中的表達量[32]。在浸水處理并保持恒定光照和溫度條件下的沼生酸模幼苗檢測到了RP-ACS1基因的轉(zhuǎn)錄表達,而且其表達水平在處理的前12h相對較穩(wěn)定,在處理24h后明顯上升[33]。本研究發(fā)現(xiàn),藍莓Vc ACS基因可以受到PGE6000(干旱)、低溫和外源乙烯的誘導(dǎo)表達,但對于不同脅迫的誘導(dǎo)時效和誘導(dǎo)水平具有顯著差異,這表明該基因可能以不同的方式參與了藍莓應(yīng)對不同脅迫的反應(yīng)。
本研究克隆得到的Vc ACS基因具有1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合成酶基因的典型特征,是藍莓中分離的第一個ACS基因。Vc ACS基因是否具有調(diào)控藍莓果實發(fā)育及抗逆性等方面的功能還有待進一步深入研究。藍莓Vc ACS的特征闡明和功能分析將有助于其進一步的應(yīng)用。
參考文獻
[1]Bleecker A B,KendeH.Ethylene:A gaseous signal molecule in plants[J].Annu Rev Cell Dev Biol.,2000,16:1-18.
[2]Huang F C,Do Y Y,Huang P L.Genomic organization of a diverse ACC synthase gene family in banana and expression characteristics of the gene member involved in ripening of banana fruits[J].Agric Food Chem.,2006,54:3859-3868.
[3]Salman M A,Levi A,Wolf S,et al.ACC synthase genes are polymorphic in watermelon (Citrullus spp.)and differentially expressed in flowers and in response to auxin and gibberellin[J].Plant Cell Physiol.,2008,49:740-750.
[4]Young T E,Meeley R B,Gallie D R.ACC synthase expression regulates leaf performance and drought tolerance in maize[J].Plant J,2004,40:813-825.
[5]Reid M S,F(xiàn)ujino D W,Hoffman N E,et al.1-aminocyclopropane-l-carboxylic acid (ACC)-The transmitted stimulus in pollinated flowers?[J].Journal of Plant Growth Regulation,1984,3 (1-4):189-196.
[6]Wang K L C,Li H,Ecker J R.Ethylene biosynthesis and signaling networks[J].Plant Cell,2002,14(S):131-151.
[7]Boller T,Herner R C,KendeH.Assay for and enzymatic formation of an ethylene precursor 1-aminocyclopropane -1-carboxlic acid[J].Plata.,1979,145:293-303.
[8]翟建盛,侯和勝.高等植物ACS基因家族及其功能研究進展[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,18(1):35-39.
[9]Mutui T M,Mibus H,Serek M. Influence of thidiazuron,ethylene,abscisic acid and dark storage on the expression levels of ethylene receptors(ETR)and ACC synthase(ACS)genes in Pelargonium[J].Plant Growth Regul.,2007,53:87-96.
[10]Llop-Tous I,Barry C S,Grierson D.Regulation of Ethylene Biosynthesis in Response to Pollination in Tomato Flowers[J].Plant Physiol.,2000,123:971-978.
[11]周精華,余偉林,邢虎成,等.苧麻ACC合酶基因(Bn ACS1)的克隆和表達分析[J].作物學(xué)報,2012,38(12):2306-2311.
[12]曾娜霞,胡姍姍,周瓊,等.羅漢果乙烯合成酶Sg ACS1基因的克隆與表達分析[J].分子植物育種,2017,15(3):821-832.
[13]Trebitsh T,Staub J E,Neil S D.Identification of a 1-aminocyclopropane-1-crboxylicacid synthase gene linked to the Female(F)locus that enhances female sex expression in cucumber[J].Plant Physiology,1997,113(3):987-995.
[14]Mibus H,Tatlioglu T.Molecular characterization and isolation of the F/f gene for femaleness in cucumber (Cucumis sativus L.)[J].Theor Appl Genet.,2004,109(8):1669-1676.
[15]范蓓,申琳,劉燦,等.轉(zhuǎn)反義ACS基因番茄和普通番茄果實中鋅含量和鈉鉀比與抗病性的關(guān)系研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2009,29(2):492-495.
[16]劉傳銀,田潁川,沈全光,等.番茄ACC合成酶cDNA克隆及其對果實成熟的反義抑制[J].生物工程學(xué)報學(xué)報,1998,14(2):139-146.
[17]Iwai T,Miyasaka A,Seo S,et al.Contribution of ethylene biosynthesis for resistance to blast fungus infection in young rice plants[J].Plant Physiology,2006,142:1202-1215.
[18]呂靜.水稻抗蟲相關(guān)基因OsERF3及OsACS2的功能解析[D].杭州:浙江大學(xué),2011.
[19]李艷芳,張凌云.高叢藍莓類黃酮3′-羥化酶基因F3′H的克隆及表達特性分析[J].生命科學(xué)研究,2015,19(4):303-309.
[20]馬艷萍.藍莓的生物學(xué)特性、栽培技術(shù)與營養(yǎng)保健功能[J].中國水土保持,2006,2:47-49.
[21]胡雅馨,李京,惠伯棣.藍莓果實中主要營養(yǎng)及花青素成分的研究[J].食品科學(xué),2006,27(10):600-603.
[22]陳介甫,李亞東,徐哲.藍莓的主要化學(xué)成分及生物活性[J].藥學(xué)學(xué)報,2010,45(4):422?429.
[23]吳林,劉永環(huán),王雪松.我國藍莓分子生物學(xué)研究進展[J].中國園藝文摘,2015,6:39-40,89.
[24]陳麗,耿金曼,劉禹姍,等.越橘類黃酮化合物轉(zhuǎn)運相關(guān)基因MATE的克隆與表達分析[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2017,39(2):148-156.
[25]Chen W R,Shao J Y,Ye M J,et al.Blueberry VcLON2,a peroxisomal LON protease,is involved in abiotic stress tolerance[J].Environmental & Experimental Botany,2017,134:1-11.
[26]金如意,郭崇炎,王志龍,等.南高叢藍莓快繁體系的建立[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,43(5):504-511.
[27]孫申申,溫秀萍,楊菲穎,等.‘云香水仙ACC合成酶基因NtACS1的克隆及遺傳轉(zhuǎn)化[J].西北植物學(xué)報,2017,37(2):250-257.
[28]石樂松.文心蘭合成酶基因的克隆及其表達分析[D].??冢汉D洗髮W(xué),2014.
[29]袁媛,連芳青,唐東芹.小蒼蘭ACC合成酶基因FhACS1在花中的時空表達特征[J].園藝學(xué)報,2011,38(9):1761-1769.
[30]Spikman G.Ethyleneproduction,ACC and MACC content of Freesia buds and florets[J].Scientia Horticulturae,1988,33(3):291-297.
[31]王愛勤,楊麗濤,王自章,等.環(huán)境脅迫和激素誘導(dǎo)甘蔗ACC合成酶基因家族三個成員的表達[J].作物學(xué)報,2006,32(5):734-737.
[32]曾娜霞,胡姍姍,郝慶林,等.羅漢果乙烯合成關(guān)鍵酶基因Sg ACS3的克隆及表達分析[J].農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報,2018,26(5):784-792.
[33]Rieu I,Cristescu S M,Harren F J,et al.RP-ACS1,a flooding-induced 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase gene of Rumexpalustris,is involved in rhythmic ethylene production[J].Journal of Experimental Botany,2005,56(413):841-849.
(責(zé)編:張宏民)