番茄SlMAPK6基因克隆及其表达特性分析

[目的]克隆番茄促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)基因SlMAPK6,并分析其在不同非生物胁迫及信号物质处理下的表达模式,为深入探究SlMAPK6基因在番茄逆境响应中调控机制提供理论参考.[方法]采用同源克隆技术从矮番茄中克隆SlMAPK6基因cDNA全长序列,并进行生物信息学分析,采用实时荧光定量PCR检测矮番茄幼苗在干旱(20%PEG-6000)、盐(300 mmol/L NaCl)及信号物质[0.50 mmol/L水杨酸(SA)和0.10 mmol/L 2,1,3-苯并噻二唑(BTH)]处理下SlMAPK6基因的表达模式.[结果]克隆获得SlMAPK6基因cDNA全长序列为1360 bp,开放阅读框(ORF)为1131 bp,编码376个氨基酸残基,其编码蛋白理论等电点(pI)6.76,不稳定指数44.36,脂肪系数90.00,为不稳定的强脂溶性蛋白,亲水性平均值(GRAVY)-0.396,亲水性氨基酸均匀分布在整个肽链中,故该蛋白为亲水性蛋白;亚细胞定位于细胞核及胞浆质中,无跨膜区,含有36个磷酸化位点,其中丝氨酸(Ser)磷酸位点19个、苏氨酸(Thr)磷酸位点9个.SlMAPK6蛋白二级结构中,α-螺旋占38.03%,延伸链占10.37%,无规则卷曲占51.60%.SlMAPK6蛋白与马铃薯StMAPK4、风铃辣椒CbMAPK4和中华辣椒CcMAPK4蛋白同源性均为99.47%.SlMAPK6和SlMAPK5蛋白的亲缘关系最近,与拟南芥MAPK家族B亚族成员AtMAPK4、AtMPK5、AtMPK11、AtMPK12和AtMPK13蛋白的亲缘关系也较近.经SA、BTH、NaCl和PEG-6000处理后,SlMAPK6基因均出现抑制表达,说明SlMAPK6基因负向调控番茄植株的逆境响应.[结论]SlMAPK6基因可能参与负调控番茄植株的抗病和抗逆胁迫机制.SlMAPK6蛋白通过Ser或Thr磷酸化识别细胞信号的传导功能,在矮番茄逆境胁迫响应中发挥重要作用.     

VIGS技术在番茄基因功能中的研究与应用

病毒诱导的基因沉默(virus induced gene silencing, VIGS)是依赖于RNA干扰(RNA interference, RNAi)快速降解靶标基因分析其功能的一种技术,RNAi属于植物天然防御机制的一部分。与其他植物基因功能验证方法相比,VIGS技术操作简单、见效快、无需转基因。番茄是中国乃至世界重要大宗蔬菜,也是现代蔬菜的主导产业,自从番茄基因组测序完成,逐步成为果实类基因功能研究中的模式植物,本研究归纳总结了近年来VIGS技术在番茄基因功能中研究与应用,以期为茄科蔬菜乃至园艺植株基因功能研究提供参考与借鉴,为加速蔬菜乃至园艺作物基因功能研究提供参考。     

VIGS沉默番茄SlDCL2和SlDCL4破坏Ty-1/Ty-3对TYLCV的抗性

番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)严重威胁茄科蔬菜作物的生产。抗性标记Ty-1和Ty-3是一对等位基因,在番茄抗TYLCV育种中应用较为广泛。为了探究Ty-1/Ty-3抗病毒分子机制,本研究以携带Ty-1/Ty-3抗性标记的番茄Y19为材料,利用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术,沉默RNA干扰(RNAi)机制关键基因,即番茄核糖核酸内切酶编码基因2a/b/c/d(SlDCL2)和番茄核糖核酸内切酶编码基因4(SlDCL4),初步分析其在Ty-1/Ty-3抗TYLCV中的功能。PCR与测序结果发现SlDCL2、SlDCL4的VIGS沉默载体pTRV2∶SlDCL2和pTRV2∶SlDCL4构建成功。以沉默番茄八氢番茄红素脱氢酶(SlPDS)基因为标记植株,定量PCR检测SlDCL2、SlDCL4沉默株系中SlDCL2、SlDCL4基因的沉默效率,结果显示SlDCL2、SlDCL4沉默株系中对应基因的表达均小于对照植株的50%,表明SlDCL2、SlDCL4沉默载体确实可以降低对应基因的表达,且不影响其他DCL基因的表达。VIGS沉默植株SlDCL2、SlDCL4基因后接种TYLCV,接种TYLCV 30dpi结果显示,Y9材料表现出明显的TYLCV病毒症状,通过比较植株发病严重度发现,SlDCL2、SlDCL4沉默株系发病严重度分别为1.97、2.35,显著高于空载体注射株系(0.14)和对照株系(0.07)。本研究结果表明RNAi通路关键基因SlDCL2、SlDCL4在Ty-1/Ty-3抗TYLCV中发挥着重要作用,这为利用Ty-1/3抗性标记基因育种奠定了基础。