苹果蔗糖转运蛋白MdSUT2调控花青苷积累的研究

从‘嘎拉’苹果(Malus×domestica Borkh.)中克隆蔗糖转运蛋白基因MdSUT2(序列号:MDP0000277235),该基因包含1 704 bp开放阅读框,编码566个氨基酸,蛋白大小为56 kD。构建MdSUT2表达载体并利用农杆菌介导法侵染拟南芥,半定量RT-PCR证明Md SUT2在拟南芥中异源表达。构建瞬时表达载体,‘红星’苹果进行Md SUT2瞬时表达,其花青苷含量增多,而沉默该基因花青苷含量明显降低。     

过表达苹果多肽激素基因MdCEP1促进花青苷积累

以‘王林’苹果(Malus×domestica‘Orin’)愈伤组织为试材,初步探讨苹果多肽激素Md CEP1(C-TERMINALLY ENCODED PEPTIDE1)在调控花青苷合成方面的作用。分析显示Md CEP1位于苹果第15号染色体,只有1个外显子。蛋白序列比对显示不同物种中CEP结构域非常保守。启动子分析表明,Md CEP1启动子序列包含多个顺式作用元件,包括与分生组织有关的CAT-box元件、赤霉素响应元件(P-box)、光响应元件(MNF1)和与类黄酮合成相关的MYB类蛋白结合位点(MBSI)。通过农杆菌介导的遗传转化获得Md CEP1转基因苹果愈伤组织,进一步分析发现过表达Md CEP1能够明显促进愈伤组织花青苷积累,并且促进花青苷合成相关基因的表达。Md CEP1在拟南芥中异位表达,同样能够促进拟南芥中花青苷的积累,并且促进拟南芥花青苷合成相关基因的表达。研究结果表明,Md CEP1能够正调控苹果花青苷的合成。     

苹果愈伤组织超表达MdNAC029促进花青苷积累

以‘光辉’海棠(Malus spectabilis‘Guanghui’)与‘王林’苹果(Malus×domestica‘Orin’)杂交后代中分离出来的红肉苹果果实为试验材料,克隆得到1个NAC(NAM,ATAF1/2,CUC2)转录因子基因,命名为MdNAC029。该基因开放阅读框(ORF)为843 bp,编码含有280个氨基酸的蛋白。保守结构域分析显示,MdNAC029蛋白在N端包含1个保守的NAC结构域。基因表达分析显示该基因在红肉苹果果实中表达量较非红肉果实高。在‘王林’苹果愈伤组织中超表达MdNAC029,其花青苷积累显著增加,表明MdNAC029在调控花青苷积累过程中发挥重要作用。对MdMYB1启动子序列进行分析,发现其序列包含1个MdNAC029转录因子的结合位点。同时,烟草瞬时表达试验显示,MdNAC029能够激活MdMYB1基因的表达。由此推测,MdNAC029可能通过直接促进MdMYB1基因的表达,正向调节花青苷的积累。     

红富士苹果套袋后果皮中花青苷积累与酚类物质代谢的关系

以红富士苹果为试材,分别在山东栖霞和泰安研究了套袋后果皮中酚类物质代谢与花青苷积累的关系。结果表明,套袋后果皮花青苷积累与酚类物质代谢密切相关。果皮中多酚氧化酶（PPO）含量较对照（不套袋果）降低,过氧化物酶（POD）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）较对照升高,类黄酮、水溶性酚和花青苷含量较对照增加,果实着色迅速而良好。但在摘袋后气候不利和果袋为劣质单层纸袋条件下,果皮中酚类物质和花青苷含量均低于对照。     

甜樱桃PavMYB10.1促进PavRiant表达和花青苷积累

为了解谷胱甘肽S–转移酶（GST）参与甜樱桃花青苷积累的机制,以甜樱桃‘美早’为试材,克隆1个phi类型GST基因PavRiant(XM＿021968160)。通过系统进化树分析、qRT-PCR、瞬时表达沉默、酵母单杂交、电泳迁移率试验和荧光素酶报告试验,探究PavRiant调控甜樱桃花青苷积累的作用。系统进化树分析表明,PavRiant与桃PpRiant蛋白序列相似度最高。果实发育期,PavRiant表达量与花青苷含量和花青苷调控基因PavMYB10.1表达量变化趋势一致。瞬时沉默试验证实PavRiant在甜樱桃花青苷积累调控中发挥重要作用。酵母单杂交和EMSA试验发现,PavMYB10.1结合PavRiant启动子的MRE序列。荧光素酶试验表明PavRiant启动子活性受PavMYB10.1正调控。因此,PavMYB10.1可能通过促进PavRiant的表达促进花青苷的积累。     

苹果糖转运蛋白TMT基因的表达及其与糖积累的关系

利用苹果基因组筛选液泡膜单糖转运蛋白TMT 家族基因,通过qRT-PCR 探索它们在苹果各器官组织中的表达特性,并分析其表达与果实糖积累的关系。结果表明,在苹果中主要存在5 个TMT 家族基因,均含有11 个跨膜区,并具有1 个长约330 氨基酸的亲水loop 区位于胞质内,它们与拟南芥和葡萄的TMTs 高度同源。定量表达分析发现,它们均在苹果中表达,且MdTMT1 表达量相对最高,MdTMT3和MdTMT4 表达量较低。MdTMT1 在花和成熟果实中表达量最高,MdTMT2 在成熟果实中表达最高。在果实发育过程中,MdTMT1 和MdTMT2 的表达量与果实中总糖、还原性总糖、果糖、蔗糖含量呈极显著正相关,说明MdTMT1 和MdTMT2 可能参与了苹果果实成熟期果糖和蔗糖的积累。     

红肉苹果愈伤组织生长素信号相关基因MdARF3的克隆与表达分析

以红肉苹果‘紫红3号’(新疆红肉苹果与‘富士’F_1代)的红色幼嫩叶片为外植体诱导的红色愈伤组织为试材,初步探讨生长素调控苹果花青苷代谢机理。根据拟南芥AtARF3蛋白序列在苹果基因组中Blast比对得到一个生长素信号相关基因(MDP0000173151),暂命名为MdARF3。克隆测序发现该基因的开放阅读框长度为2 127 bp,编码708个氨基酸。进化树分析表明,MdARF3与AtARF3在同一进化支上,推测它们具有相似的功能。愈伤组织在含有0.3 mg·L~(-1) NAA的MS培养基培养2 h之后其MdARF3上调表达,表达量极显著高于无NAA培养基(对照),而CHS、CHI、F3H、DFR、UFGT及LDOX等花青苷合成结构基因的表达量均极显著低于对照,并且MdARF3表达量与培养基中NAA浓度呈显著正相关(相关系数为0.98),与愈伤组织花青苷含量呈显著负相关(相关系数为–0.89),推测MdARF3对培养基中生长素快速做出反应调控花青苷合成;通过原核诱导获得了MdARF3的重组蛋白,为进一步研究MdARF3蛋白在花青苷代谢途径中的功能奠定了基础。     

苹果芽变品种珍富果实品质和花青苷合成基因表达分析

【目的】测定2001富士及其芽变品种珍富之间果实品质及花青苷合成相关基因表达水平差异,明确珍富品种特性,为其示范推广提供参考依据,也为研究果皮颜色芽变机制提供理论支撑。【方法】以芽变品种珍富及2001富士果实为试材,对其采收期及贮藏14 d后果实外观、内在品质、花青苷含量和合成相关基因表达水平进行测定。【结果】与2001富士相比,芽变品种珍富果实采收日期可以提前6 d,盛花期至采收期提前6 d;采收期及贮藏14 d后,外在品质方面,珍富果皮亮度、饱和度、花青苷总量及3种不同花青苷的含量均显著高于2001富士,但二者单果质量及果形指数无显著差异;果实内在品质方面,采收期及贮藏14 d后,珍富果实的可溶性固形物、维生素C含量及固酸比都显著高于2001富士,但珍富的可滴定酸含量显著低于2001富士;二者果肉硬度、破裂力在采收期及贮藏期均无显著差异;10个花青苷合成关键结构基因及5个转录因子类调控基因都有不同程度的提高,关键结构基因MdC4H、MdANS、MdUFGT及转录因子基因MdMYB10、MdMYB11、MdERF3表达量显著提高。【结论】采收期及贮藏14 d后,红色芽变品种珍富果皮亮...     

红肉苹果冷信号基因MdICE1的表达及其蛋白与MdMYB的互作

根据拟南芥AtICE1蛋白序列在苹果基因组中Blast比对得到苹果同源蛋白序列,利用DNAMAN软件设计特异性引物并克隆苹果冷信号基因（MDP0000662999）,暂命名为MdICE1。以从新疆红肉苹果与‘富士’杂交F1代中选出的‘紫红3号’叶片诱导出的红色愈伤组织为试材克隆MdICE1,测序发现该基因的开放阅读框长度为1 626 bp,编码541个氨基酸。进化树分析表明,MdICE1与AtICE1在同一进化支上,推测它们具有相似的功能。氨基酸序列比对发现,MdICE1存在bHLH基序。低温处理有利于苹果愈伤组织花青苷的累积;与培养在24 ℃下的愈伤组织相比,低温（8 ℃）诱导苹果愈伤组织冷信号基因MdICE1以及花青苷合成相关转录因子基因MdMYB10和MdbHLH3的表达。酵母双杂交试验证明MdICE1可以与MdMYB10相互作用;亚细胞定位发现MdICE1蛋白存在于细胞核内;转化大肠杆菌并诱导获得了MdICE1的重组蛋白,为进一步研究MdICE1蛋白在花青苷代谢途径中的功能奠定了基础。     

大白菜渗透压应激活化蛋白激酶基因SRK2F的克隆与表达

以不耐盐、不耐旱的大白菜自交系SY-14-06为试材,提取根部总RNA,反转录为c DNA。根据大白菜SRK2F基因设计引物,PCR扩增SRK2F基因CDS序列1044bp。SRK2F编码347个氨基酸,预测分子量为39.3k D,理论等电点为4.88。利用p EASY-E1原核表达载体构建原核表达质粒p EASY-E1-SRK2F,转化表达菌株Transetta(DE3),通过SDS-PAGE检测该蛋白的表达。经Smart-embl预测其具有丝/苏氨酸激酶特有结构域,位于第4~260位氨基酸处。经Clustal X2比对,其与拟南芥同源性最高。最后利用镍离子金属螯合亲和层析介质对该蛋白进行纯化,得到了纯化的融合蛋白。     

苹果液泡膜蔗糖转运蛋白基因MdSUT4的表达分析与功能鉴定

以新疆红肉苹果杂种一代优系‘红脆1号’为试材,克隆MdSUT4并原核诱导获得其重组蛋白,对其进行生物信息学分析,测定其在不同组织及不同发育时期果实中的表达,通过亚细胞定位及转基因鉴定其功能。结果发现,MdSUT4编码的蛋白大小为55 kD左右,定位于8号染色体,由5个外显子和4个内含子组成;糖代谢相关基因系统进化树分析发现,MdSUT4与AtSUC4、PpSUT4在同一个进化支上;定量表达分析发现,MdSUT4在苹果的花、叶和幼果中均有较高的表达,且在果实发育中的表达水平与蔗糖含量显著负相关;MdSUT4启动子含有与糖信号及激素信号相关的顺式作用元件;在‘王林’苹果愈伤组织中过表达MdSUT4,能降低蔗糖含量,但却提高类黄酮含量;MdSUT4定位于‘王林’愈伤组织原生质体的液泡膜上。以上结果表明,MdSUT4可能参与了蔗糖从液泡膜中的外排,并可能促进类黄酮的合成。     

文心兰开花相关OnAP1-like基因的克隆及表达分析

以南茜文心兰（Gower Ramsey）盛花期花葶提取的总RNA为模板,通过RT-PCR与RACE扩增,获得一个958 bp的AP1（APETALA1）-like基因的cDNA全长序列,其基因编码区690 bp,共编码氨基酸229个,命名为OnAP1-like（登录号：KC426946）。蛋白质二级结构分析表明,该蛋白质48.91%为α螺旋,10.92%为β折叠,40.17%为无规则卷曲,为亲水性蛋白质。蛋白序列比对和进化树分析表明,OnAP1-like 蛋白与蕙兰AP1-like蛋白一致性最高,进化距离最近。利用RT-qPCR对从文心兰不同时期不同器官中的OnAP1-like基因表达量进行分析,结果表明,同一器官不同发育时期比较,在叶中,花蕾期的表达量最高;在根中,随发育时间推移,表达量逐渐升高,至花后期达到最高;在花葶中的表达量的趋势与根相同。同一时期不同器官比较,抽葶前,根中表达量高于叶片;花蕾期,花瓣中的表达量最高;盛花期和花后期,花葶中的表达量最高。推测该基因在花的发育及形成中发挥作用。     

苹果apetala2同源基因的克隆和转化研究

 利用同源克隆的方法从苹果的花芽中分离出apetala2的同源基因MAP2。MAP2全长2 212 bp,编码549个氨基酸。分析表明, MAP2具有AP2家族典型的结构域, 是苹果的AP2同源基因。Southern杂交结果表明, MAP2在基因组中以低拷贝形式存在。采用RT-PCR的方法分析MAP2在不同组织中的表达,结果显示, MAP2在苹果营养组织、花芽以及不同花器官中均有表达, 与拟南芥的AP2、矮牵牛的PhAP2A的表达模式一致。为确定MAP2在苹果中的生物学功能, 构建了35S∶MAP2正义表达载体, 并对‘皇家嘎啦’苹果进行了农杆菌介导的遗传转化。     

红皮梨花青苷调控基因PyMYBa的克隆与表达分析

以红皮梨‘奥冠’为试材,采用RT-PCR结合RACE技术获得1个MYB基因,命名为PyMYBa。该基因开放读码框共714 bp,编码237个氨基酸。PyMYBa分子量27.4 kD,等电点8.78。氨基酸序列分析显示,在其N端具有保守的R2R3-MYB结构域,R3-MYB结构域含有bHLH结合基序。进化树分析表明,PyMYBa与花青苷调控MYB转录因子的同源性很高。基因表达结果表明,PyMYBa在梨叶、花、果皮中表达量明显高于果肉,果皮中的表达量与花青苷调控基因PyMYB10相比,无显著差异。遮光及MeJA处理后果皮中PyMYBa、PyMYB10的表达量变化与花青苷合成量变化趋势相似,推测PyMYBa为梨花青苷合成中重要的正向调控因子。通过原核表达试验获得了该基因的重组蛋白,SDS-PAGE电泳检测结果与预期蛋白分子量一致。     

月季种质资源花色多样性及其与花青苷的关系

利用CIE Lab测色体系对227个月季种质资源进行聚类分类,将月季花色均匀地分为7个色系。在a*和b*二维图上,各类花色只有第Ⅲ象限没有分布,即月季中没有蓝色花;根据227个被测品种的彩度值(C*)与亮度值(L*)二维分布图,可将其分为3大类群。大部分种质资源的亮度(L*)与彩度(C*)表现为负相关,分别为以白色和黄色为主的第1类群和以粉色、大部分玫红色、紫红色和橙红色第2类群;但在包括深红色和部分玫红色资源的第3类群中,L*与C*呈正相关关系。HPLC测定结果发现,6种花青苷在101份试验材料中均被检测到,其中含量贡献最大的是矢车菊素–3,5–双葡萄糖苷(Cy3G5G)和天竺葵–3,5–双葡萄糖苷(Pg3G5G);随着花瓣颜色的加深,其花青苷种类和含量也相应地增加,其中第3类群花青苷含量远大于其他两个类群。上述结果表明,月季种质资源存在丰富的花色多样性。进一步的相关性分析发现,6种花青苷总含量(TA)与L*呈负相关关系;与第1、2类群的a*或C*正相关,但在第3类群中呈现负相关。第1类群花青苷与测色参数L*、a*、b*、C*不存在相关性;第2类群中两类Pg花青苷与a*、b*、C*均存在显著正相关,但与L*无显著相关,表明Pg类花青苷只影响花瓣颜色;在第3类群中,只有含量最高的花青苷Cy3G5G与L*、a*、C*存在显著负相关关系,表明Cy3G5G含量的增加既减弱了花瓣亮度也降低了其彩度。     

苹果AFS基因的克隆与原核表达

 通过RT-PCR扩增到苹果α - 法尼烯合成酶(α-Farnesene Synthase, AFS) 基因的编码区全长,将其克隆到pET-30a ( + ) 上, 构建了该基因的原核表达载体pET-AFS, 转化大肠杆菌BL21。SDS2PAGE检测结果表明, 此基因表达了1个约66 kD的蛋白, 1 mmol/L异丙基-β - D - 硫代半乳糖苷( IPTG) 诱导该基因高效表达, 6 h表达量最高, 诱导产物以包涵体形式存在。     

苹果细胞分裂素响应因子基因MdCRF4的分离与功能鉴定

以‘嘎拉’苹果(Malus × domestica‘Royal Gala’)为研究材料,利用同源克隆和PCR技术,分离了苹果细胞分裂素响应因子(cytokinin response factor)基因MdCRF4。该基因开放阅读框(ORF)为1077 bp,编码含有358个氨基酸的蛋白。保守结构域和系统进化树分析显示,MdCRF4蛋白包含一个保守的CRF结构域和一个保守的AP2/ERF结构域,与梨PbCRF4同源性最高。基因表达分析显示,该基因主要在苹果根和叶中表达并且响应细胞分裂素。EMSA试验显示MdCRF4原核表达蛋白能够绑定DRE(ACCGAC)序列。在‘王林’苹果愈伤组织中超表达MdCRF4,其花青苷积累显著增加,表明MdCRF4在调控花青苷积累中发挥重要作用。     

Ca~(2+)-ATPase抑制剂对采后草莓呼吸速率和花青苷含量的影响

用Ca2+-ATPase抑制剂钒酸钠(SO)和曙红(EB)浸泡处理转红期草莓果实(cv.Darselect)后表明,2者能提高果实呼吸速率,迅速促进外层果肉的花青苷生成,增加其可溶性糖含量,髓部果肉的花青苷生成和可溶性糖的变化较慢,而对果实的失重率影响不大。因此,Ca2+-ATPase抑制剂具有促进果实成熟衰老的作用。     

苹果属观赏海棠McANS基因克隆与不同叶色品种间表达差异分析

以苹果属观赏海棠品种‘王族’叶片总RNA为模板,通过RT-PCR与RACE扩增,获得一个1 350 bp的花色素花青苷元合成酶（anthocyanidin synthase,ANS）基因的cDNA序列,其基因编码区共1 074 bp,编码357个氨基酸,命名为McANS（登录号FJ817488）。基因组序列全长1 268 bp,有1个内含子,内含子的剪切位点均符合真核生物“GT-AG”规则。使用实时荧光定量PCR和紫外可见光分光光度计法,对3种不同叶色的观赏海棠品种‘火焰’（叶片绿色）、‘绚丽’（新叶红色）和‘王族’（叶片紫色）幼叶和功能叶中的McANS表达量、花青苷和类黄酮含量进行测定分析,结果表明：McANS在3个品种的幼叶和功能叶中均有表达,在幼叶中表达量显著高于功能叶,在‘绚丽’中表达量相差达到23.82倍。花青苷含量的变化与McANS相对表达量变化趋势具有一致性,而类黄酮含量的变化与McANS相对表达量无明显相关。说明McANS在苹果属观赏海棠叶片花青苷代谢及色泽形成过程中具有重要作用。     

苹果液泡铁离子转运蛋白基因家族的鉴定与表达分析

液泡铁离子转运蛋白(vacuolar iron transporter,VIT)参与铁的储存和运输,对植物光合作用、固氮、呼吸、DNA和激素合成有重要作用。本研究中鉴定了苹果全基因组的9个VIT基因,通过系统发育分析其进化关系,表明苹果VIT蛋白与拟南芥进化关系较近。染色体定位显示9个VIT基因分布在7条染色体上,VIT基因的启动子区域富含光反应、植物激素调控和启动子相关顺式作用元件。表达谱分析显示VIT基因在花和果实中的表达量相对较高。此外,对MdVIT家族进行蛋白理化性质、String互作网络和基因结构等分析,表明苹果VIT家族扩增的主要因素是串联重复和片段复制,与苹果VIT蛋白互作的主要蛋白是阳离子共转运蛋白(XP₀08372221.1和XP₀08383418.1)。qRT-PCR分析结果表明:在2 000μmol·L-1 FeSO4·7H2O(高铁)处理的‘M26’苹果砧木苗中,苹果VIT家族基因在不同组织的表达中存在差异,6 h后,MdVIT4在茎中的相对表达量最高,是对照的237倍。24 h后,MdVIT1和MdVIT2在叶片中的...