油桐细胞分裂素响应调节因子(RRs)家族鉴定及功能分析

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油桐作为中国特有的工业油料树种,其种子榨取的油脂称为桐油,在工业生产上被广泛应用。油桐单株的雌花较少和发育不正常,是导致结实率较低的主要原因之一,故研究油桐的雌花发育对提高产量具有重要意义。为阐明油桐雌花发育的分子机制,本研究以葡萄桐经过外源激素6-BA处理和未经过处理的不同发育时期的花芽为材料,基于油桐基因组和转录组数据,开展了油桐细胞分裂素响应调节因子(Response Regulators,RRs)家族基因的克隆及功能分析。主要的研究结果如下:1、油桐RR基因家族的鉴定。利用生物信息学方法,从油桐基因组数据库中分析鉴定出28个油桐RR家族成员,该家族编码蛋白由118-801个氨基酸构成,蛋白质分子量在13.14-87.09kDa之间,等电点在4.91-9.65之间。染色体定位显示有27个基因定位到10条染色体上,并呈现出不均匀地分布形式。根据同源进化关系,可将VfRRs基因家族分为A、B、C、PRR这4个亚类,其中每个亚类的成员在基因结构和保守结构域特征上表现出较高的一致性,这进一步支持了同源进化关系聚类的可靠性。2、油桐RR家族基因的表达模式分析。利用转录组数据和qRT-PCR技术对油桐的不同发育时期花芽、果实和不同组织部位的表达模式进行了探究,油桐VfRRs基因主要在油桐的根和茎中表达;VfRRs基因主要在果实发育的前三个时期(10、15、20WAF)中表达,其中VfRR17a、VfRR2b、VfRR10基因表达量较高,表明它们可能参与了果实的细胞分裂和营养物质的积累过程;在4个不同发育时期的花中,B类的VfRR10、VfRR11a/b/c和VfRR12及C类VfRR22a在花中的表达量较高,表明这些基因在油桐花发育过程中起到了调控作用。通过qRT-PCR技术对经过外源激素6-BA处理和未经过处理的不同发育时期的花芽的表达模式进行分析,结果显示VfRRs基因在未处理花芽中的表达模式基本上与转录组数据一致,这进一步说明了转录组数据的可靠性,而在6-BA处理后的花芽中,A类的VfRR17a和C类的VfRR22a的表达量在处理30d前显著上调,这表明VfRR17a和VfRR22a受到6-BA的诱导,可能在雌花发育过程发挥着重要作用,6-BA处理后未能改变B类VfRRs转录水平,表明B类VfRRs不受6-BA的诱导。3、油桐RR基因的克隆及蛋白的亚细胞定位分析。通过PCR克隆技术获得5个 VfRRs,分别是VfRR2b、VfRR10、VfRR12、VfRR17a、VfRR22a;通过构建植物表达载体,进行烟草亚细胞定位分析,表明B类的VfRR2b、VfRR10、VfRR12定位于细胞核,明确了 B类VfRRs蛋白具有转录因子的核定位特性;VfRR17a定位于细胞质,推测可能存在未知途径参与调控花发育过程;VfRR22a定位于内质网,暗示了 VfRRs蛋白可能还具有似细胞分裂素受体的功能。4、油桐RR家族基因异源表达分析。通过构建植物异源表达载体,分别转入野生型Col-0拟南芥和美国烟草,VfRR17a/22a已获得T3代拟南芥阳性苗并对T3代阳性苗进行基因表达水平检测,结果显示VfRR1 7a/22a基因过表达拟南芥株系的表达量均显著高于野生型株系,VfRR2b/10/12已获得T2代拟南芥阳性苗,转基因拟南芥尚未看到明显表型。转基因烟草植株GUS检测结果显示,VfRRs基因主要在根和叶片中表达,而在根的表达主要集中在根尖处,表明着这可能与细胞分裂素在根尖合成有关。通过拟南芥和烟草的遗传转化为阐明油桐RR家族在雌花发育中的功能奠定了重要基础。
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