牛大力蔗糖合酶基因CsSuSy克隆与表达特征分析

蔗糖合酶(sucrose synthase,SuSy)是催化蔗糖代谢的关键酶之一,参与蔗糖的分解、淀粉的生物合成等代谢过程,在植物的生长发育中发挥着至关重要的调控作用。本研究从牛大力转录组数据库筛选并克隆得到两个蔗糖合酶基因CsSuSy1与CsSuSy2,CsSuSy1全长2326 bp,包括2307 bp的完整开放阅读框(open reading frame,ORF),编码768个氨基酸;CsSuSy2基因全长3028 bp,包括2439 bp的ORF,编码812个氨基酸。CsSuSy1与CsSuSy2的蛋白结构预测分子量分别为87.8 kD与92.6 kD,理论等电点分别为5.91与5.75,二级结构主要为α-螺旋与无规则卷曲。保守结构域分析结果显示它们属于PLN00142超级家族成员,包含蔗糖合酶结构域(Sucrose_synth)与糖基转移酶结构域(Glycos_transf_1)两个保守结构域,与同科其它近缘种的SuSys氨基酸序列具有较高的相似性。系统进化树分析显示主要分为两个大分支。qRT-PCR检测结果显示CsSuSy1和CsSuSy2分别在块根膨大初期、块根膨大初期和中期高表达,且表达量显著高于茎、叶和成熟种子。鉴于在牛大力块根发育过程中CsSuSys1基因表达量与多糖含量呈极显著负相关、与淀粉含量呈显著负相关,CsSuSys2基因表达量与多糖含量呈显著负相关,推测CsSuSys1和CsSuSys2在块根膨大前期或中期协同参与催化蔗糖降解,促进块根中多糖和淀粉的积累。本研究结果为揭示蔗糖合酶参与牛大力块根膨大过程的蔗糖代谢提供证据,有助于进一步阐明牛大力块根膨大的分子机制。