桂花15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶基因(Z-ISO)的克隆及表达分析

15-顺式-ζ-胡萝卜素异构酶(15-cis-ζ-carotene isomerase,Z-ISO)可以催化9,15,9'-三顺式-ζ-胡萝卜素异构化生成9,9'-二顺式-ζ-胡萝卜素,Z-ISO基因是植物类胡萝卜素代谢途径中最后一个被鉴定的基因.为克隆桂花(Osmanthus fragrans) Z-ISO基因的ORF序列并研究其表达特征,本研究利用已构建的桂花花瓣转录组数据库中Unigene序列信息,结合PCR技术克隆得到桂花Of Z-ISO1(GenBank登录号:KX120175)和Of Z-ISO2(GenBank登录号:KX120176)基因ORF序列.生物信息学分析表明,Of Z-ISO1和OfZ-ISO2基因均含有长为1 107 bp的ORF,编码368个氨基酸残基.Of Z-ISO1和Of Z-ISO2蛋白均含有6个跨膜螺旋区和3个保守的异构酶功能作用所必需的活性位点(H152、H268和D296).Of Z-ISO1和Of-ISO2与玉米(Zea mays)和拟南芥(Arabidopsis thaliana) Z-ISO1氨基酸序列有较高的相似性,系统进化树分析发现,Of Z-ISO1和Of Z-ISO2与芝麻(Sesamum indicum)Z-ISO亲缘关系最近,聚为同一小支.qRT-PCR结果显示,堰虹桂花序发育过程中,OfZ-ISO1基因在花蕾期花序中表达量较低,铃梗期其表达量急剧增加,初开期表达量保持不变,而盛开期表达量显著下降;Of Z-ISO2基因在花蕾期和铃梗期花序中表达量较低,随后表达量逐渐增加,于盛开期表达量达到最高.在桂花不同花色品种中,丹桂品种堰虹桂花色最深、花瓣类胡萝卜、素总量最高,金桂品种金球桂次之,银桂品种玉玲珑花色最浅、花瓣类胡萝卜素总量最低;总体上铃梗期和初开期时玉玲珑Of Z-ISO1和Of Z-ISO2基因的表达量较高,盛开期3个不同花色品种花瓣中OfZ-ISO1和Ofz-ISO2基因的表达量大致相同.本研究结果表明,桂花花序开放过程中Of Z-ISO1和Of Z-ISO2基因的表达水平对其类胡萝卜素的积累十分重要,不同花色品种类胡萝卜素含量与其Of-ISO1和OfZ-ISO2基因表达量并非正相关.研究结果将为全面揭示桂花呈色机制提供理论基础.