苹果磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶基因(PEPCKs)的克隆与表达分析

【目的】克隆苹果(Malus×domestica Borkh.)多个代谢途径中的关键酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)基因MdPCKs,研究其在不同组织器官及不同胁迫处理条件下的表达特性,为解析该基因在多个代谢途径中的功能奠定基础。【方法】利用同源比对和RT-PCR技术,克隆获得MdPCK1和MdPCK2全长cDNA序列并进行生物信息学分析;克隆MdPCKs的启动子序列,利用PlantCARE软件在线分析启动子上的顺式作用元件;采用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)检测MdPCKs在不同组织中的表达以及在水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)、脱落酸(ABA)、模拟干旱(PEG)、高温(40℃)和低温(8℃)处理条件下的表达特性。【结果】获得2个苹果磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶基因(Md PCK1和MdPCK2;GenBank登录号分别为KT454964和KT454965),其开放阅读框(open reading frame,ORF)分别为2 001 bp和2 028 bp,分别编码666和675个氨基酸残基;基因结构和进化分析表明,Md PCK1和Md PCK2均由12个外显子组成,且序列结构进化高度保守;氨基酸序列和结构分析显示,二者均含有保守的PEPCK ATP domain区域;启动子分析显示,MdPCK1和MdPCK2启动子区域含有多个顺式作用元件,包括光响应元件、昼夜节律相关顺式作用元件、JA响应元件、SA响应元件、ABA响应元件、防御及逆境响应元件、低温响应元件和热激响应元件等;qRT-PCR结果显示,MdPCKs在被检测的组织中均有表达。在‘泰山嘎啦’苹果果实不同发育阶段,MdPCK1和MdPCK2具有相似的表达模式。在多种非生物胁迫处理下,MdPCK1受到100μmol·L~(-1) ABA和100 g·L~(-1) PEG胁迫诱导;MdPCK2受到150μmol·L~(-1) SA、100μmol·L~(-1) ABA、100 g·L~(-1) PEG和低温胁迫诱导。【结论】MdPCK1和MdPCK2属于植物PEPCK家族,非生物逆境胁迫可诱导MdPCK1和MdPCK2表达。

Cloning,Sequence and Expression Analysis of Phosphoenolpyruvate Carboxykinase Genes (PEPCKs) in Apple