苹果抗性相关的谷胱甘肽转移酶基因MdGSTU1的生物信息学和表达分析

作者：安秀红; 徐锴; 厉恩茂; 李壮; 李敏; 刘志; 程存刚

来源：中国农业科学, 2014, 47(24): 4868-4877.

• 苹果
• 谷胱甘肽转移酶
• 克隆
• 序列分析
• 表达分析

[目的]克隆苹果(Malus domestica Borkh.)中抗苹果轮纹病相关的编码谷胱甘肽转移酶基因Md GSTU1,研究其在不同组织器官及不同逆境处理条件下的表达特性,为解析该基因的抗逆功能奠定基础。[方法]基于抗轮纹病相关的EST序列,通过在NCBI进行比对,得到一个谷胱甘肽转移酶(GST)基因相关的EST片段;然后在苹果基因组数据库中进行比对,获得该GST的编码框序列(coding sequence,CDS),同时,设计RACE引物,克隆该基因的UTR序列;利用MEGA5.0软件对该GST蛋白与拟南芥GST家族蛋白成员进行系统进化树分析,使用DNAMAN软件对该蛋白的分子量、等电点等进行预测,并对其氨基酸序列进行分析;采用荧光定量PCR检测该基因在不同组织中的表达以及该基因在盐、模拟干旱和苹果斑点落叶病原菌处理条件下的表达特性;克隆该基因的启动子,利用Plant CARE软件在线分析该基因启动子上的顺式作用元件。[结果]进化树分析显示该GST与拟南芥中GST家族的U亚家族成员亲缘关系最近,故被命名为Md GSTU1;Md GSTU1的CDS为666 bp,编码221个氨基酸残基,其蛋白分子量为25.41 k Da,等电点为5.28;RACE结果显示该基因3’UTR区域为135 bp;蛋白序列及结构分析显示,其与拟南芥GST家族蛋白相同,该蛋白也包含保守的谷胱甘肽-S-转移酶的N端及C端结构域;PCR结果显示,Md GSTU1在根、茎、叶、花、果各组织中均有表达,但根中的表达水平最高,同时,该基因能够被150 mmol·L-1Na Cl和20%的PEG诱导表达,均在1 h时表达量达到最高值;另外,苹果斑点落叶病原菌也能诱导Md GSTU1的表达,表达量在病菌处理8 h时达到最大;启动子分析显示Md GSTU1启动子区域含有多个抗性相关的作用元件,其中包括ABA响应元件、厌氧响应元件、GA响应元件、SA响应元件、JA响应元件以及防御和逆境响应元件;此外,该启动子上还包含多个MYB转录因子结合位点。[结论]Md GSTU1属于植物tau亚家族(GSTU)成员,生物及非生物逆境胁迫均可诱导该基因的表达。

• 单位
  辽宁省果树科学研究所; 中国农业科学院果树研究所; 农业部