南瓜NBS类抗病基因同源序列的克隆与分析

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南瓜(Cucurbita moschata Duch.)具有多种较强的抗逆性,如:抗寒、抗旱、抗病、抗贫瘠等,特别对瓜类枯萎病具有抗性,是嫁接同科作物甜瓜等较好的砧木。由尖孢镰刀菌甜瓜专化型病菌(Fusarium oxysporum f.sp.melonis)所引起的甜瓜枯萎病(Fusariumwilt)是一种世界性的甜瓜病害。目前防治甜瓜枯萎病的主要途径仍然是运用化学方法,这对人类的健康和生活环境存在着巨大的潜在威胁。采用常规育种方法选育抗病品种存在着育种周期长、效率低等不少缺点,因此,克隆南瓜抗病基因,则是当前利用分子技术进行甜瓜抗病育种工作的基础。本试验采用抗病基因同源序列(Resistance gene analog,RGA)克隆的策略,根据已克隆植物抗病基因产物的保守结构域-核苷酸结合位点(NBS)设计简并引物,以植物总DNA为模板进行PCR扩增,得到该植物的抗病基因同源序列(Resistance gene analog,RGA),然后分析RGA与抗病基因的关系,确定候选抗病基因并最终获得新的抗病基因。本文以抗病性好的甜瓜嫁接砧木-南瓜品种“掘金龙”为研究对象,依据已克隆植物抗病基因的保守氨基酸结构域(P-loop和GLPL)设计合成了12条简并引物,用CTAB方法提取的南瓜基因组DNA作为模板,通过PCR方法及琼脂糖凝胶回收纯化技术,获得约500bp的目的扩增产物,将其与pMD18-T载体连接并转化DH 5α大肠杆菌,经过蓝白斑初步筛选,并经菌落PCR鉴定阳性克隆,经过限制性酶切方法分类,测序获得了20个片段,经过在GenBank上使用Blast搜索和比对同源序列,结果表明有13个阳性克隆片段具有完整开放阅读框和NBS功能域,且与公布的甜瓜RGA之间存在较高的同源性,显示出两者同科的亲缘关系。将其命名为SQRGA1~SQRGA6,SQRGA8~SQRGA14,并提交GenBank,登录号分别为EF101660~EF101665,EF101667,EF199755~EF199760。对这13条具有完整ORF的RGAs进行了结构功能域分析,结果表明:13条RGAs序列都包含NBS类抗病基因的四个保守模体:“P-loop”、“Kinase-2”、“Kinase-3a”和“GLPL区”。系统进化树分析表明:这13条南瓜RGAs可分为TIR-NBS-LRR和nonTIR-NBS-LRR,证实了以往报道的双子叶植物中存在两类NBS-LRR基因的结果。同源性比对结果表明,13个南瓜RGAs与已知抗病基因有较高的同源性(18.4%-77.4%)。RGA序列SQRGA1-SQRGA6、SQRGA9-SQRGA12所编码的氨基酸序列均与甜瓜的MRGH21有较高的同源性,为71.9%-77.4%。南瓜RGA的分离将为进一步从南瓜中分离功能性抗病基因打下基础,为研究南瓜种质资源的起源与进化提供借鉴。也为进一步获得他们的全长基因奠定了基础,可以利用RACE技术或者从南瓜基因组文库中筛选获得全长基因,为利用优良的抗性基因进行转基因甜瓜抗病分子育种奠定了物质基础。
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