茶树谷胱甘肽还原酶基因CsGRs的克隆与表达分析

【目的】克隆谷胱甘肽还原酶基因CsGRs,研究CsGRs在茶树抵御不同逆境胁迫中的作用。【方法】在茶树转录组数据库中搜索茶树CsGRs,根据获得的基因片段,设计反转录PCR(RT-PCR)引物和RACE-PCR特异引物,从茶树中克隆CsGRs的cDNA全长序列,并利用在线生物信息学软件对其进行分析。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析CsGRs在茶树不同组织间的表达差异及其在低温、干旱、高盐胁迫和ABA处理下的表达模式,利用分光光度计测定低温胁迫和干旱胁迫下叶片中还原型谷胱甘肽(GSH)的含量变化。【结果】RT-PCR克隆获得CsGR1的cDNA全长,其长度为1 827 bp,包含1 482 bp开放阅读框(ORF),编码493个氨基酸;RACE扩增获得712 bp和1 624 bp的5′和3′末端序列,拼接并进行RT-PCR验证后得到CsGR2序列,全长2 282 bp,包含1 698 bp ORF,编码565个氨基酸;CsGR1和CsGR2的GenBank登录号分别为KF906411和KF418080。CsGR1和CsGR2编码的蛋白质分子量分别为53.9 kD和61.0 kD,无信号肽位点,均为非分泌性蛋白。亚细胞定位预测CsGR1主要定位在细胞质等亚细胞中,无叶绿体锚定信号肽位点;CsGR2中N-端的71个氨基酸残基具有叶绿体转运信号功能,主要定位在叶绿体上。序列相似性比较显示,CsGR1与其他植物中胞质GR的相似性均在80%以上,而与叶绿体GR的相似性低于60%;CsGR2与其他叶绿体GR的相似性70%以上,与胞质GR的相似性在50%左右。二者在核酸序列和氨基酸序列水平上分别有63.4%和49.9%的相似性,且蛋白质二级结构也具有较高的相似性。系统发育树显示,CsGR1与胞质GR聚为一类,而CsGR2与叶绿体GR聚在一起,且都与葡萄的亲缘关系最近。二者均含有氧化还原二硫键活性位点、谷胱甘肽结合位点以及NADPH结合的Arg保守位点等结构域。CsGR1为胞质GR,CsGR2为双向定位在叶绿体和线粒体上的叶绿体GR。CsGR1在花和根中表达量较高,在叶片和茎中表达量低;CsGR2在叶片和茎中的表达量比在根和花中的表达量高。在短时胁迫处理24 h过程中,成熟叶片在100μmol·L-1 ABA处理后,CsGR1和CsGR2的表达均被抑制,且CsGR2的抑制作用较显著;在4℃低温胁迫下,CsGR1的表达被抑制,而CsGR2的表达随处理时间延长逐渐被诱导;250 mmol·L-1 NaCl盐胁迫抑制CsGRs的表达,但胁迫24 h时CsGR2的表达被诱导。10%(w/v)PEG胁迫处理茶树8 h,叶片中的CsGRs均被诱导表达,且在复水48 h后CsGR1的表达被显著上调;根中CsGRs的表达在处理和复水48 h过程中均被抑制。随低温胁迫时间延长,茶树叶片中的GSH含量逐渐升高;干旱胁迫也能促进GSH在叶片中的积累,在复水48 h后又恢复到处理前的水平。【结论】克隆了2个茶树CsGRs,2个基因对4℃低温、NaCl盐、10%PEG和ABA处理均具有响应。推测CsGRs在茶树抵御逆境胁迫中起作用。