杜仲幼果和叶片MVA途径基因表达差异分析

【目的】杜仲橡胶是一种多萜类物质,而甲羟戊酸(MVA)途径是合成萜类物质的重要途径之一。分析杜仲MVA途径相关基因表达的差异,预测杜仲橡胶合成的主要上游途径。【方法】在杜仲幼果和叶片转录组测序的基础上,根据基因功能注释和表达分析,确定MVA途径的系列基因,并对其进行表达差异分析。【结果】杜仲橡胶合成的MVA途径共涉及23条Unigene,分别为3条EuACOT、3条EuHMGS、8条EuHMGR、2条EuMK、1条EuPMK和6条EuMDP基因。根据转录组RPKM(Reads Per Kilo bases per Million reads)数据对基因表达差异进行分析,结果表明杜仲MVA途径中的EuACOT8、EuACOT10、EuHMGS4、EuHMGS5、EuHMGS6、EuHMGR18、EuMK3、EuMK4、EuMDP7、EuMDP8、EuMDP9、EuMDP10、EuMDP11基因在幼果和叶片中的表达量具有显著差异,其中仅EuMDP9在叶片中的表达量大于幼果,而其余基因在幼果的表达量大于叶片;EuHMGR15和EuHMGR17只在幼果中特异表达。【结论】MVA途径绝大部分基因在果实中大量表达,这与果实中杜仲橡胶含量远超过叶片的现象相吻合,推测杜仲果实MVA途径为杜仲橡胶合成的主要途径。     

杜仲MVA途径相关基因全长cDNA序列特征研究

杜仲幼果和成熟果转录组测序的基础上,分离鉴定了幼果和成熟果MVA途径ACOT、HMGS、HMGR基因全长cDNA序列,并对基因的核苷酸序列及其相应氨基酸序列的组成成分、跨膜结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二、三级结构、分子系统进化等进行分析。EuACOT基因全长cDNA为1 248 bp,编码416个氨基酸,属于稳定疏水性蛋白,无明显的跨膜区,在进化上分属于不同的分类群,与烟草和番茄的ACOT蛋白间的亲缘关系最为接近;EuHMGS基因全长cDNA为1 356 bp,编码452个氨基酸,属于不稳定的疏水性蛋白,无明显的跨膜区,在进化上分属于不同的分类群,与茶树的HMGS蛋白间的亲缘关系最为接近;EuHMGR基因全长cDNA为1 770 bp,编码590个氨基酸,属于不稳定的疏水性蛋白,有两个较明显的跨膜区,在进化上分属于不同的分类群,与杜仲的HMGR蛋白间的亲缘关系最为接近;以上三个蛋白的二级结构均是以α-螺旋和螺环结构为主的混合型结构。     

杜仲MEP途径系列基因表达差异的研究

以杜仲果实和叶片转录组为基础,研究了MEP途径系列基因的表达差异,为杜仲基因的克隆、功能鉴定及重要成分的分子积累机理研究提供重要的依据。结果表明,杜仲转录组中共42条Unigene被MEP途径注释。DXS的DXS2和DXS3在幼果和叶片中表达量具有显著差异,且DXS2在幼果和叶片中的表达量最高;该酶在幼果和成熟果实中有7条Unigene被注释,其中DXS6在成熟果实中特异表达,的表达量具有显著差异。DXR在幼果和叶片中有4条Unigene被注释,其中DXR1、DXR2、DXR3的表达量具有显著差异;该酶在幼果和成熟果实中有3条Unigene被注释,其中DXR3在成熟果实中特异表达,3条Unigene的表达量均无显著差异,DXR1在幼果和成熟果实中表达量均最高。MCT在幼果和叶片中仅1条被注释,表达量差异显著;该酶在幼果和成熟果实中仅1条被注释,其表达量无显著差异。CMK在幼果和叶片中仅CMK1被注释,且表达量无显著差异;该酶在幼和成熟果实中仅CMK1被注释,且表达量无显著差异。MDS在幼果和叶片中仅MDS1被注释,其表达量差异显著;该酶在幼果和成熟果实中有2条Unigene被注释,且表达量无显著差异。HDS在幼果和叶片中仅HDS1被注释,表达量具有显著差异;该酶在幼果和成熟果实中仅HDS1被注释,表达量有显著差异。HDR在幼果和叶片中有5条Unigene被注释,其中HDR1和HDR5的表达量具有显著差异;该酶在幼果和成熟果实中有7条Unigene被注释,其中HDR3、HDR4、HDR5、HDR6的表达量有显著差异。IPI在幼果和叶片中仅IPI1被注释,其表达量无显著差异;该酶在幼果和成熟果实中有2条Unigene被注释,其中IPI1的表达量有显著差异。