柑橘CitPG34的克隆、定位与表达分析

【目的】 多聚半乳糖醛酸酶是一类参与细胞壁降解的水解酶,在植物生长发育和器官脱落过程中发挥着重要作用。本研究克隆柑橘CitPG34及其启动子（CitPG34-P）并进行表达分析,为深入研究柑橘PG在幼果脱落过程的生物功能奠定基础。【方法】 以‘塔罗科’血橙（Citrus sinensis L. Osbeck）为材料,克隆CitPG34及其启动子,利用ProtParam、Cello、CLUSTALX、MEGA5.2、PlantCARE等软件对其蛋白特性及启动子顺式作用元件进行分析预测;利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析CitPG34在不同组织以及柑橘幼果脱落过程中的表达水平。采用同源重组的方法构建pCAMBIA1302-CitPG34-GFP融合蛋白表达载体和CitPG34启动子表达载体（CitPG34-P::gus）,分别用于亚细胞定位和启动子活性分析。【结果】 从‘塔罗科’血橙幼果离层中克隆获得CitPG34,其ORF为1 194 bp,编码397个氨基酸,预测蛋白分子量为41.47 kD,理论等电点为5.19,其不稳定系数为30.23,表明CitPG34属于稳定蛋白;通过在线软件TMHMM分析发现：CitPG34为跨膜蛋白,具有一个跨膜结构,位于第7—29位氨基酸之间。在CitPG34二级结构中,α-螺旋结构约占15.37%,扩展链约占29.72%,无规则卷曲约占54.91%,与其三级结构预测基本一致。NJ树分析显示CitPG34与西洋梨PcPG3（BAF42034）亲缘关系最近,表明CitPG34可能与果实脱落和软化相关。qRT-PCR分析表明,CitPG34在花中表达量最高,在根、叶、离层A、离层C中表达量较低,在幼果中几乎不表达。1-氨基环丙烷羧酸（ACC）处理果梗后能显著提高离层A中CitPG34的表达水平,相反IAA抑制其转录。此外,在柑橘幼果正常脱落过程中,CitPG34表达明显升高。亚细胞定位发现,CitPG34主要位于细胞壁。克隆获取CitPG34起始密码子（ATG）前2 075 bp启动子序列（CitPG34-P）,PlantCare预测发现,在CitPG34-P序列上存在多种顺式调控元件,如核心启动元件TATA-box、增强子元件CAAT-box以及脱落酸响应元件ABRE等。将CitPG34-P::gus转入烟草,通过GUS组织化学染色发现,该启动子受乙烯诱导,主要在叶脉和毛状体中表达。【结论】 CitPG34的ORF长度为1 194 bp,可编码397个氨基酸,其蛋白主要位于细胞壁;该基因具有明显的组织特异性,在花中表达最高;CitPG34表达量与柑橘幼果脱落显著相关。上述结果表明,CitPG34在柑橘幼果脱落和花发育过程中可能发挥着重要的生物功能。     

柑橘CitCEP基因家族的鉴定及对逆境和激素的响应

【目的】基于全基因组鉴定分析柑橘CEP基因(CitCEPs)家族成员,了解各成员的分类进化关系,研究各基因成员在不同组织中的表达特异性以及对激素和非生物胁迫的响应,为进一步研究CEP基因家族的生物学功能打下基础。【方法】利用BLASTp基于Phytozome数据库鉴定柑橘CEP家族成员,采用GSDS、Prot Scale Tool、EXPASY、CLUSTALX、MEGA6.0、plant CARE、Cello等软件绘制家族成员基因结构图;分析预测蛋白的相对分子质量与等电点等理化性质;构建系统进化树及亚细胞定位预测等,利用实时荧光定量PCR技术(q RT-PCR)检测柑橘CEP基因家族各成员在‘资阳香橙’(‘Citrus junos Ziyang’)不同处理下的瞬时表达情况。【结果】柑橘CEP基因家族由11个成员组成,其中CitCEP10和CitCEP11含1个内含子,其余成员均无内含子;该基因家族成员均含有SPGV/IGH保守结构域序列,其预测蛋白均为亲水性蛋白,亲水性最强的氨基酸其值为3.711,亲水性最弱的氨基酸其值为-2.778;亚细胞定位预测结果显示该基因家族成员位于细胞不同位置,其中CitCEP1、CitCEP2、CitCEP4、CitCEP5、CitCEP6、CitCEP8定位于细胞外,CitCEP3和CitCEP7在细胞外和线粒体中均存在,CitCEP9位于细胞核中,CitCEP10在细胞质膜上,而CitCEP11位于线粒体和细胞核中;聚类分析发现,该家族成员分布于不同的分支中,分别与拟南芥CEP不同成员聚在一起,表明柑橘CEP成员间具有不同生物功能。表达分析显示,CitCEP2主要在茎、叶和子叶中表达,CitCEP3主要在根和子叶中表达,而CitCEP10和CitCEP11主要在果皮中表达,其余成员在上述组织中表达极低或不表达,体现了不同成员间组织特异性的差异。在干旱条件下,CitCEP2表达下调,CitCEP3、CitCEP10和CitCEP11的相对表达量均逐渐上调;而在盐胁迫下,CitCEP2、CitCEP10的响应模式与其所对应的干旱胁迫类似,CitCEP3和CitCEP11则呈现先升后降趋势。在乙烯(ETH)、脱落酸(ABA)处理下,CitCEP2的表达量明显受到抑制,而在茉莉酸甲酯(Me JA)、水杨酸(SA)、生长素(IAA)、赤霉素(GA3)处理下均表现为先上升、后下降的趋势;在6-苄氨基腺嘌呤(6-BA)、IAA、GA3、ABA处理下CitCEP3也表现出类似趋势。CitCEP10在ETH处理下表达量显著上升,在6-BA、SA、ABA处理下表达量呈现先下降后上升趋势,而在Me JA、IAA、GA3处理中无明显规律。CitCEP11在ETH、Me JA、SA、IAA、GA3、ABA处理下表达均呈现下调趋势,与CitCEP3在ETH、SA处理下的表达模式类似。在6-BA处理下,CitCEP11表达呈现先下降后上升趋势。【结论】从柑橘全基因组上鉴定出了11个CitCEP基因成员,各成员均为亲水蛋白,并含有SPGV/IGH保守结构域,位于细胞中不同位置。在不同逆境和激素处理下,CitCEP2、CitCEP3、CitCEP10和CitCEP11呈现不同程度的响应,而其余成员响应不明显或未响应。推测CitCEP2、CitCEP3、CitCEP10与CitCEP11在柑橘生长发育和逆境响应过程中可能起着重要作用。