查爾酮合成酶（chalcone synthase, CHS）是植物類黃酮生物合成途徑的第一個關(guān)鍵酶,在植物的次生代謝途徑中發(fā)揮重要作用。本研究基于課題組構(gòu)建的甘蔗轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫,挖掘獲得7個具有完整編碼區(qū)的甘蔗ScCHS基因（ScCHS1～ScCHS7）。序列分析結(jié)果顯示,ScCHS1～Sc CHS7基因大約編碼400個氨基酸,7者之間的氨基酸序列相似性介于12.47%～87.22%之間,且其編碼蛋白均含有c （Cys）、f （Phe）、h （His）和n （Asn）這4個構(gòu)成CHS蛋白催化中心的保守殘基。系統(tǒng)進化樹分析表明,ScCHS1、ScCHS2和ScCHS6聚類在CHS家族的第Ⅵ亞類,ScCHS3和ScCHS4聚在第Ⅲ亞類,ScCHS5聚在第Ⅴ亞類,ScCHS7聚在第Ⅷ亞類。實時熒光定量PCR （quantitative real-time PCR, qRT-PCR）結(jié)果顯示,接種甘蔗黑穗病菌（Sporisorium scitamineum）后,ScCHS1基因的表達水平在感黑穗病品種‘ROC22’中沒有顯著變化,但在抗黑穗病品種‘NCo376’中被誘導上調(diào)。此外,在低氮脅迫下,... 

【文章來源】：分子植物育種. 2020,18(22)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

7個甘蔗查爾酮合成酶家族基因編碼蛋白的三級結(jié)構(gòu)

CHS基因?qū)儆诙嗷蚣易?Han et al.,2017)。本研究基于甘蔗轉(zhuǎn)錄組注釋庫挖掘到7條Sc CHS基因，生物信息學分析表明Sc CHS1～Sc CHS7基因編碼蛋白的氨基酸數(shù)量為400個左右，與其他植物CHS基因編碼的氨基酸數(shù)量大致相同(Chen et al.,2017)。不同植物中CHS基因亞細胞定位情況不同，同一類型基因在不同植物中的亞細胞定位也存在差異(Saslowsky and Winkel-Shirley,2001;Dastmalchi et al.,2016)。Dastmalchi等(2016)研究顯示大豆(Glycine max) CHSs蛋白定位在細胞核、細胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。Saslowsky和Winkel-Shirley (2001)研究發(fā)現(xiàn)擬南芥CHSs蛋白定位于質(zhì)膜、細胞質(zhì)、細胞核和液泡。本研究利用PSORT軟件預測Sc CHSs的亞細胞定位，結(jié)果顯示Sc CHS1～Sc CHS7蛋白可能在質(zhì)膜、細胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中定位。Sc CHS1～Sc CHS7蛋白的平均親疏水性數(shù)值介于-0.113～0.0.9，其中Sc CHS3和Sc CHS4蛋白的平均親疏水性數(shù)值均大于0，表現(xiàn)為弱疏水性，而用Prot Scale軟件預測這兩個蛋白均為親水性蛋白，具體還需進一步研究。此外，Ex PASy軟件預測結(jié)果顯示僅Sc CHS1蛋白含有CHS活性位點c(Cys)，但SMART軟件預測Sc CHS1～Sc CHS7均含有查兒酮合成酶結(jié)構(gòu)域，且序列多重比對結(jié)果也顯示7個Sc CHS均含有c (Cys)、f (Phe)、h (His)和n(Asn)這4個構(gòu)成CHS蛋白催化中心的保守殘基。由此可見，在蛋白親疏水性和蛋白功能位點等預測時可采用不同生物信息學軟件和算法綜合考慮分析結(jié)果。甘蔗Sc CHS1～Sc CHS7蛋白的二級結(jié)構(gòu)以α-螺旋和無規(guī)則卷曲數(shù)量居多，在蛋白質(zhì)外分布廣泛，可能對蛋白質(zhì)骨架起穩(wěn)固作用(秦政等,2018)。Sc CHS1～Sc CHS7之間的氨基酸序列相似性差異較大，介于12.47%～87.22%之間，系統(tǒng)進化樹分析顯示Sc CHS1～Sc CHS7聚在4個亞類上，Ex PASy軟件預測7個Sc CHS蛋白預測均含有N-糖基化位點和蛋白激酶c磷酸化位點，除了Sc CHS3和Sc CHS4蛋白不含3-酮�；�-Co A合酶結(jié)構(gòu)域外，其他5個Sc CHS蛋白均含有3-酮�；�-Co A合酶結(jié)構(gòu)域，且Sc CHS1～Sc CHS7蛋白之間的空間構(gòu)象略有差異，上述結(jié)果表明甘蔗Sc CHS基因具有遺傳多樣性，這與小麥(Glagoleva et al.,2019)和煙草(Chen et al.,2017)等作物CHS基因的研究相似。

CHS基因在植物抗病中發(fā)揮重要的作用(齊放軍等,2000;Kai et al.,2018)。齊放軍等(2000)發(fā)現(xiàn)水稻CHS基因在水稻與白葉枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)的親和互作中不受誘導表達，但該基因的轉(zhuǎn)錄本在水稻與白葉枯菌的非親和互作中被誘導差異表達，表明CHS基因調(diào)控的苯丙烷途徑有助于增強水稻對白葉枯病菌的抗性。Cui等(1996)研究顯示高粱CHS基因的m RNA轉(zhuǎn)錄本在高粱幼苗接種玉米小斑病菌(Bipolaris maydis)后迅速累積到高水平，當接種蜀黍指霜霉(Peronosclerophthora mcrospora)后，該基因m RNA水平在高粱抗病品種和感病品種中均高于未接種的對照品種，且在抗性品種的m RNA積累量高于感病品種。在本研究中，接種甘蔗黑穗病菌后，Sc CHS1基因的表達水平在感黑穗病品種‘ROC22’中沒有顯著的變化，但在抗黑穗病品種‘NCo376’中被誘導上調(diào)，推測Sc CHS1基因可能參與抵御甘蔗黑穗病，相關(guān)研究有待進一步深入。甘蔗是重要的糖料作物，氮素的供應(yīng)是制約甘蔗產(chǎn)量高低的重要因素。目前在甘蔗生產(chǎn)過程，施用的化學氮肥過多，氮肥利用率相對較低。低氮脅迫可以改變甘蔗的低氮耐受性，增加作物的產(chǎn)量，減少氮肥施用(Yang et al.,2019)。挖掘響應(yīng)低氮脅迫的甘蔗基因，培育耐低氮品種是減少氮肥施用的有效途徑之一(張剛等,2017;Yang et al.,2019)。在低氮脅迫下，甘蔗Sc CHS1基因在‘ROC22’葉片和根部組織中均被誘導上調(diào)表達，表明Sc CHS1基因積極響應(yīng)低氮脅迫處理。Soubeyrand等(2014)研究也表明，相較于120 kg/ha的氮肥施用量，在低氮脅迫下會誘導葡萄(Vitis vinifera)漿果中CHS的上調(diào)表達。Tsukaya等(1991)研究顯示，對轉(zhuǎn)ph CHS-A基因的擬南芥植株進行蔗糖處理，可以誘導CHS-A的上調(diào)表達。水稻幼苗中的轉(zhuǎn)錄組學分析也顯示，CHS基因的表達與碳和氮的平衡有關(guān)(Huang et al.,2016)。下一步可以通過基因克隆和功能鑒定探究Sc CHS1基因在甘蔗抗黑穗病和耐低氮脅迫的作用機理，為甘蔗抗逆遺傳改良提供理論基礎(chǔ)。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]攜帶不同抗白葉枯病基因的水稻防衛(wèi)基因pal和chs的轉(zhuǎn)錄特征[J]. 齊放軍,高學文,王金生,何晨陽.  農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學報. 2000(04)



本文編號：3392922