目的:探讨野生和栽培余甘子类黄酮代谢差异的分子机制,挖掘二者间类黄酮合成差异的关键酶基因.方法:以四川野生余甘子和广东栽培余甘子果实和叶片为实验材料,用Illumina NovaSeq 6000测序平台进行转录组测序,通过Nr、基因本体(GO)、京都基因与基因组百科全书(KEGG)数据库注释分析比较两种余甘子转录组的差异,筛选出类黄酮合成途径的关键酶.结果:共得到81 378条Unigene,N50长度为1 573 bp.Nr数据库注释发现余甘子与橡胶树的同源性最高,KEGG富集分析表明,相比栽培余甘子,类黄酮合成通路中CHS、CHI、FLS、DFR和LAR主要在野生余甘子果和叶中上调.结论:共鉴定出81个参与类黄酮生物合成途径的基因,其中CHS、FLS、LAR可能是余甘子调控黄酮类化合物积累的关键基因.参与类黄酮合成途径的CHI、CHS、FLS、LAR等关键基因均主要在野生余甘子组织中上调表达,导致野生余甘子黄酮类产物含量高于栽培余甘子,野生环境下干旱和高紫外辐射可能影响余甘子组织中黄酮类化合物的积累模式.

巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)是重要热带经济作物之一,其次生代谢产物天然橡胶(NR)是中国重要的工业原料及战略物资.植物激素对植物生长发育、萌发和环境应答等多方面均具有重要调控作用.本文详细介绍了乙烯、脱落酸、油菜素内酯和赤霉素4种植物激素在橡胶树生长发育、橡胶生物合成、产排胶和品质形成等关键环节中应用的研究进展,并展望4种激素在提高橡胶树产排胶机制研究中的应用前景,为支撑橡胶产业发展提供理论支撑.

可溶性无机焦磷酸酶在天然橡胶生物合成中具有重要的调控作用,HbSIP2是胶乳中关键的可溶性无机焦磷酸酶基因.为了深入了解HbSIP2调控橡胶生物合成的机理,本研究对HbSIP2互作蛋白进行了筛选和鉴定.结果表明:诱饵载体pGBKT7-HbSIP2无自激活活性,且对酵母无毒性作用,可以用于酵母文库筛选.将诱饵载体与橡胶树胶乳cDNA文库进行杂交,初步筛选获得20个与HbSIP2互作的蛋白.进一步通过双分子荧光互补实验证实,HbSIP2能够与橡胶延伸因子发生蛋白互作.本研究结果为HbSIP2调控橡胶生物合成的机理研究提供了重要的理论依据.

橡胶草(Taraxacum kok-saghyz)是研究天然橡胶生物合成的理想模式植物,小橡胶粒子蛋白/橡胶延伸因子(SPPP/REF)家族在天然橡胶合成中扮演重要角色.本研究开展对橡胶草TkSRPP/REF家族的基因鉴定、生物信息学分析及响应茉莉酸甲酯的表达分析,从橡胶草全基因组中识别到10个SRPP/REF家族基因,包含9个SRPP基因(TkSRPP1～9)和1个REF基因(TkREF1),理化性质分析发现大部分TkSRPP/REF蛋白等电点(4.6～8.7)小于6,蛋白分子量为5.6～44.6 kDa,SRPP亚家族蛋白亲水系数均小于零,REF1略大于零.亚细胞定位和跨膜结构域分析表明TkSRPP/REF均定位在细胞质中,REF1蛋白具有跨膜结构域,而SRPP亚家族蛋白均无跨膜结构域.与拟南芥、橡胶树和莴苣的SRPP/REF蛋白一起构建系统发育树共分为5个聚类组(Ⅰ～Ⅴ),TkSRPP/REF家族分布在其中4个聚类组(Ⅱ～Ⅴ),大部分与莴苣家族类似主要分布在Ⅲ和Ⅳ组,而仅少数与橡胶树和拟南芥的家族成员在同一聚类组,表明橡胶草与莴苣SRPP/REF蛋白有更近的亲缘关系.TkSRPP/REF基因中有9个具有3个外显子,1个(SRPP8)含有2个外显子.TkSRPP/REF家族蛋白共有6个motif (1～6),REF亚家族只有2个motif2,属于REF保守结构域,不同聚类组上的TkSRPP亚家族蛋白的motif数量存在差异.TkSRPP/REF家族基因的启动子上具有多个激素和非生物胁迫响应元件.克隆获得8个TkSRPP/REF基因,转录组数据分析表明茉莉酸甲酯能够诱导TkSRPP3-4和TkREF1基因上调表达.qRT-PCR分析显示,茉莉酸甲酯处理6和24 h后TkREF1基因的表达水平分别下降0.5倍和上调1.5倍,而TkSRPP4基因的表达水平分别上升4.3和8.9倍.上述结果为深入研究TkSRPP/REF基因家族的功能与茉莉酸调控橡胶合成的机制提供了参考.

该文通过qPCR获得了正常割胶条件下,9个茉莉酸信号途径关键环节基因HbCOI1、HbJAZ1、HbJAZ2、HbJAZ3、HbMYC1、HbMYC2、HbMYC3、HbMYC4、HbMYC5和6个橡胶生物合成相关基因HbHRT2、HbSRPP、HbREF、HbHMGR1、HbHRT1、HbGAPDH在5个橡胶树魏克汉种质和5个1981'IRRDB种质胶乳中的表达数据;通过皮尔逊相关系数分析了这15个基因彼此间的表达相关性,分别获得105对基因的双变量相关系数(r12)和偏相关系数(r12.3),所有105对基因的双变量相关系数(︱r12︱)和偏相关系数(︱r12.3︱)的平均值分别为0.486±0.220和0.304±0.211,达到0.05的差异显著水平.其中,r12与r12.3方向相同的63对(60％),方向相反的42对(40％);︱r12︱<︱r12.3︱的23对(21.905％),︱r12︱>︱r12.3︱的82对(78.095％);双变量相关显著性P<0.05的76对(72.38％),P<0.01的59对(56.19％);偏相关显著性P<0.05的21对(20％),P<0.01的16对(15.24％).结果显示,这两条途径中的基因表达彼此相关,这为基因表达谱分析中普遍采用的前提假设"功能相关基因的表达相关"提供了进一步的实验证据,可用于挖掘、筛选和预测与橡胶生物合成相关的未知基因,为研究橡胶树产量形成的分子调控机理提供理论基础.

蛋白质是构成生命系统的基本元件之一,是大部分生物学功能的执行者.蛋白质丰度与其生物学功能息息相关,其丰度受基因表达过程中各环节严格精密的调控.其中,蛋白质丰度与其相应mRNA丰度存在较强的相关性,蛋白质丰度差异的40％可由mRNA丰度来解释.茉莉酸信号途径调节巴西橡胶树中的天然橡胶生物合成,但相关基因彼此间的表达丰度差异尚待阐明.该文比较了S/2D d3割胶制度下,15个橡胶生物合成调控相关基因COI1、JAZ1、JAZ2、JAZ3、MYC1、MYC2、MYC3、MYC4、MYC5、GAPDH、HMGR1、SRPP、REF、HRT1、HRT2以及2个常用内参基因18S、ACTIN1在10个橡胶树种质胶乳中的表达丰度差异;将ACTIN1的表达丰度设定为1,以此为标准计算出样品中其他基因的表达丰度.结果表明:相同个体中不同基因的转录丰度差异明显,不同个体中相同基因集的丰度大小排序存在一定差异;同一基因在不同个体中的转录丰度差异明显,这16个基因的最大丰度分别是最低丰度的9.43、6.04、10.02、12.29、18.82、9.22、38.46、112.83、121.36、15.34、19.09、13.54、10.05、19.80、24.83、11.82倍,他们的变异系数分别为73.05％、55.19％、69.09％、67.37％、66.59％、53.87％、83.25％、122.02％、166.34％、59.89％、70.59％、75.67％、74.20％、68.34％、84.23％、78.59％;总的来说,在群体水平上,16个基因的转录丰度从高到低依次为18S>SRPP>HMGR1>REF>MYC2/HRT1>COI1>MYC1/MYC4>GAPDH/JAZ1/MYC5>JAZ2>HRT2/MYC3/JAZ3,他们的群体平均丰度依次为ACTIN1的28382.26、43.64、11.39、7.16、5.47、5.10、1.07、0.75、0.74、0.45、0.42、0.33、0.12、0.06、0.06、0.04倍.值得注意的是,无论在个体水平还是群体水平上,18S的丰度毫无疑问是最大的,在mRNA中,SRPP的丰度最大,JAZ1大于JAZ2和JAZ3,MYC2大于MYC1、MYC3、MYC4、MYC5,HRT1大于HRT2.综上结果表明,结构基因和功能基因的丰度高于调控基因.在基因相对表达分析中,常对目的基因和内参基因作均一化处理,从而掩盖了不同基因间的真实丰度差异,因此,在基因表达分析中,既要关注基因的相对表达量,也要关注基因间的丰度差异,这有助于更全面地理解基因的功能.

AP2/ERF是植物中广泛存在的一类特有转录因子,在植物的次生代谢产物生物合成中发挥着重要的调控作用.本研究采用PCR技术从橡胶草中克隆得到一个AP2/ERF亚家族基因TkERF3,用生物信息学方法分析了TkERF3的结构、性质和进化关系;利用实时荧光定量PCR检测该基因在不同组织和植物生长调节物质乙烯利、茉莉酸处理下的表达情况;同时运用洋葱瞬时表达技术对该基因进行亚细胞定位分析.结果 显示,TkERF3基因全长CDS序列为651 bp,编码216个氨基酸,蛋白质分子质量为25.14 kDa,理论等电点(pI) 5.46.系统进化分析表明TkERF3蛋白与朝鲜蓟ERF蛋白亲缘关系最近.亚细胞定位显示TkERF3蛋白位于细胞核中.qRT-PCR分析发现TkERF3基因主要在根中表达;并且在植物生长调节物质乙烯利、茉莉酸处理下均表现为显著上调表达,推测该基因可能参与到乙烯和茉莉酸激素介导调控的天然橡胶合成信号转导途径.

为了揭示天然橡胶生物合成酶互作蛋白结构及其在天然橡胶生物合成过程中的功能.本研究以橡胶树胶乳橡胶粒子总蛋白为研究对象,采用免疫共沉淀实验技术以天然橡胶合成关键酶顺式-异戊二烯基转移酶(CPT)抗体从胶乳中捕获了1个含DUF1262结构域的未知功能蛋白.生物信息学分析表明橡胶树基因组中包含50个编码含DUF1262结构域蛋白的基因序列;蛋白质相互作用网络分析表明DUF1262结构域蛋白可能参与调节信号转导或转录调控等过程;荧光定量PCR结果表明编码该蛋白基因的转录本在根、叶、花、枝和胶乳等组织中广泛分布,但在胶乳中表达较低,在树皮表达较高;水杨酸、脱落酸、过氧化氢及干旱处理可增强该基因在叶片中的转录水平.本研究证明DUF1262参与橡胶树逆境反应等生理过程,为揭示胶乳生物合成调控机制提供新线索.