肉桂醇脱氢酶(CAD)作为植物次生代谢尤其是木质素生物合成过程的关键酶,在调控植物生长发育和抵御生物/非生物胁迫等过程中发挥关键作用.蒙古冰草(即沙芦草(Agropyron mongolicum))耐旱耐寒,在我国北方荒漠草原区域广泛分布.为探讨CAD基因在蒙古冰草木质素合成和非生物胁迫抗性中的作用,从蒙古冰草全长转录组数据中筛选并克隆到1个CAD基因,序列长度1 083 bp,命名为AmCAD.该基因编码361个氨基酸残基,同源序列比对发现蛋白质序列保守区域含有2个Zn2+结合基序和NADP(H)辅因子结合基序,属于典型的CAD蛋白,且三维结构与AtCAD5相似.AmCAD在茎秆中高表达,对AmCAD重组蛋白的酶学性质分析表明,该蛋白对不同肉桂醛类底物均具有很强的催化能力,其中对松柏醛和芥子醛的底物亲和力更强.用不同浓度甘露醇模拟干旱胁迫,蒙古冰草AmCAD基因表达受到显著诱导.研究结果表明,AmCAD在蒙古冰草木质素合成和干旱胁迫抗性中发挥重要作用,可为提高蒙古冰草品质和抗逆性分子育种提供有价值的基因资源.

为了解糜子黑色与黄色果皮的遗传规律以及其形成机理,利用黄色果皮品种'黄粒糜Ⅰ'和黑色果皮品种'2016106 Ⅰ'构建杂种F1、F2代,分析果皮颜色的遗传规律,利用F3代籽粒进行转录组测序,挖掘影响糜子籽粒颜色的关键基因.试验结果表明,黑色对黄色为显性,由单基因控制;根据GO和KEGG富集分析结果,共筛选出13个与类黄酮合成途径相关的差异基因,仅有C2845_PM02G08740、C2845_PM04G29280和C2845_PM09G22680为上调表达基因,其余10个均为下调表达基因,上述基因编码肉桂醇脱氢酶和肉桂酰CoA还原酶等多种酶,与颜色的形成密切相关.

以'八卦洲水芹'及其紫色叶柄突变型水芹'南选八卦洲紫水芹'为实验材料,利用RT-PCR方法从'南选八卦洲紫水芹'中克隆得到水芹肉桂醇脱氢酶(CAD)基因,命名为 OjCAD . OjCAD基因开放阅读框长为1 074 bp ,编码357个氨基酸. OjCAD蛋白相对分子质量为39 143 .10 ,理论等电点为6 .91 ,属于MDR家族.系统进化分析显示,水芹OjCAD与同属伞形科的胡萝卜CAD进化关系最近,具有高度保守性. OjCAD编码的蛋白属于疏水蛋白,空间结构主要由7个α-螺旋和17个β-折叠组成.实时定量PCR分析显示,OjCAD基因在紫色和非紫色水芹的叶片和叶柄中相对表达量存在差异,水芹 OjCAD基因在叶片中的表达量显著高于叶柄,在'八卦洲水芹'中的表达量高于'南选八卦洲紫水芹'.该研究结果为进一步分析水芹木质素生物合成奠定了基础.

利用农杆菌介导法获得'新陆早36号'转棉花肉桂醇脱氢酶基因(GhCA D6)材料,以转基因T6代植株为试材,对G hC A D6基因在叶片基因组中的整合情况和不同发育阶段棉花纤维中的表达量进行分析,研究该基因对棉纤维中结构多糖和苯丙烷类化合物含量及纤维中苯丙烷类结构单体的影响.结果显示:(1)GhCAD6基因以单拷贝的形式整合到受体棉花基因组中.(2)转基因植株纤维中GhCAD6基因的表达量低于相同发育阶段对照样品,在对照样品中GhCA D6基因的表达量表现为先升高,在20 DPA(开花后天数)时表达量最高,之后下降,而在转基因植株纤维中先上升,并于发育15 DPA时表达量下降,20 DPA时又上升至最高,之后再次下降.(3)成熟纤维中,转G hC A D6基因植株纤维中苯丙烷类化合物含量低于对照,但结构多糖含量的差别不明显.(4)转GhCAD6基因纤维中苯丙烷类结构单体——紫丁香基木质素(S-木质素)和愈疮木基木质素(G-木质素)的比值下降.研究表明,棉花转入GhCA D6基因后,纤维发育(15 DPA)中GhCA D6基因的表达量变化可能导致棉花中苯丙烷类化合物含量及其结构单体比率变化,从而造成棉花纤维品质改变.该研究结果可为深入分析G hC A D6基因在改良棉花纤维品质的作用机理提供理论依据.

目的 基于细辛转录组测序结果,克隆甲基丁香酚合成相关酶基因,了解相应的序列信息.方法 以细辛叶片为材料,通过RT-PCR扩增得到苯丙氨酸裂解酶(PAL)、肉桂酸-4-羟化酶(C4H)、4-羟基肉桂酰辅酶A连接酶(4CL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)等基因的cDNA全长,并进行生物信息学分析.结果 AhPAL、AhC4H、Ah4CL和AhCAD基因的ORF长度分别为2 157、1 278、1 623、1 071 bp,编码718、425、540、356个氨基酸.4种蛋白均具有各自的保守结构域.除AhC4H外,AhPAL、Ah4CL和AhCAD与已报道的其它物种相应酶的氨基酸序列相似性都较高.结论 对细辛甲基丁香酚合成相关酶基因进行克隆和生物信息学分析,为后续基因功能分析及甲基丁香酚生物合成调控机制的解析奠定基础.

由真菌Rhizoctonia solani引起的纹枯病严重危害玉米(Zea mays)和水稻(Oryza sativa)等作物的安全生产.R.solani的宿主范围广且抗源少,加之相关的抗性机制研究有限,导致纹枯病的危害长期得不到有效控制.近期,中国科学家通过对318份玉米自交系进行全基因组关联分析,筛选到1个与纹枯病抗性相关的、编码F-box结构域蛋白的候选基因ZmFBL41 (GRMZM2G109140).ZmFBL41蛋白是SCF (SKP1-Cullin-F-box) E3泛素连接酶复合体的一员,能介导复合体对肉桂醇脱氢酶ZmCAD的降解,从而降低木质素的积累,使玉米易感纹枯病.玉米抗病自交系Chang7-2中,蛋白ZmFBL41Chang7-2因2个关键氨基酸的变异,不能结合并降解底物ZmCAD,使木质素含量增加,从而提高玉米对纹枯病的抗性.该研究率先揭示了SCF复合体可通过降解肉桂醇脱氢酶来调控植物免疫反应的新型分子机制,为提高玉米及其它作物对纹枯病的抗性提供了重要理论依据和基因资源.

基于转录组测序,获得了茶树新梢叶片被茶丽纹象甲为害前后的差异基因表达谱,并从信号监测与转导、转录因子、次生代谢物生成等方面分析了相关基因的表达变化情况,为进一步研究茶丽纹象甲为害诱导的茶树防御机制奠定基础.结果 表明:(1)茶丽纹象甲为害茶树新梢叶片后共检测到显著上调表达基因309个,显著下调表达基因297个,这些显著差异表达基因共分成23类.(2)检测到信号监测与转导过程中合计17个单基因上调表达2.0～2.8倍,包括富含亮氨酸重复序列的类受体蛋白激酶基因、促分裂原活化蛋白激酶级联信号系统蛋白激酶基因、茉莉酸信号通路基因、钙离子信号基因、水杨酸代谢通路基因;检测到21个转录因子单基因上调表达1.8～2.8倍,包括bHLH、WRKY、bZIP、MYB、UAF等转录因子;检测到苯丙类、类黄酮及萜类物质代谢过程中合计8个单基因上调表达2.1～2.5倍,包括苯丙酮酸互变异构酶基因、肉桂酰辅酶A还原酶基因、二氢黄酮醇还原酶基因、花色素还原酶基因、法尼基二磷酸合成酶基因、法尼醇脱氢酶基因.研究认为,茶丽纹象甲为害诱导信号转导、转录因子及次生代谢过程中的基因增量表达以机械损伤作用为主,昆虫口腔分泌物对这些基因的诱导表达具有协同促进作用.

肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素生物合成的关键酶之一,为探讨肉桂醇脱氢酶基因在香椿抵抗非生物胁迫方面发挥的作用,本研究从香椿转录组数据中筛选并克隆得到1个CAD基因,其开放阅读框为1 068 bp,共编码355个氨基酸,结构域分析发现香椿CAD蛋白含有1个NADP(H)辅酶结构域,2个Zn结合位点,系统进化树分析表明香椿CAD与柑橘CAD1亲缘关系最近,将其命名为TsCAD1.实时荧光定量PCR结果显示,TsCAD1在香椿幼苗根中的表达量显著高于茎与叶中的表达量;38℃高温胁迫24 h期间,TsCAD1在香椿叶片中的表达量呈现先降低后显著上升的趋势;4℃低温胁迫24 h期间,TsCAD1的表达呈现先上升后下降的趋势;200 g/L PEG6000干旱胁迫24 h期间,TsCAD1的表达趋势为先下降后上升又下降,但其表达水平均低于对照;200 mmol/L NaCl盐胁迫处理24 h期间,TsCAD1的表达表现为先下降后上升,其表达水平均低于对照.根据以上结果推测香椿TsCAD1基因可能在香椿的非生物胁迫防御机制方面发挥功能,该试验结果为通过分子生物技术改良香椿的栽培抗性提供了理论参考.

为了探究CmCAD基因在‘三红蜜柚’果实发育过程中的作用与表达规律,该研究以‘三红蜜柚’果实为材料,利用反转录PCR技术克隆获得3个‘三红蜜柚’CmCAD基因,分别命名为CmCA D1、CmCA D3和CmCA D4.对这3个基因所编码的蛋白进行了生物信息学分析,研究了它们在不同品种蜜柚及‘三红蜜柚’果实生长发育阶段的表达模式.结果 表明:克隆得到的3个CmCAD基因cDNA长度分别为1 032 bp、1 080 bp和1 071 bp,编码344、360和357个氨基酸;生物信息分析发现3个CmCAD基因编码的蛋白含有相同的保守结构域,均有跨膜螺旋结构与磷酸化位点;系统进化树分析表明,CmCAD1、CmCAD3和CmCAD4分别与甜橙CsCAD1、拟南芥AtCAD9和甜橙CsCAD4的亲缘关系最近.实时定量PCR分析结果显示,3个CmCA D基因在不同品种蜜柚果实生长过程中表达水平存在差异,且3个CmCAD基因在‘三红蜜柚’果实发育过程中的表达规律也有所不同.研究推测,CmCA D4具有一定的潜在功能,可能参与调控‘三红蜜柚’果实中木质素的合成,但基因的具体功能与调控机理还需进一步探索.

肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素生物合成中最后一步反应酶.本研究采用RT-PCR技术克隆露仁核桃WJ-CAD基因和硬壳完整核桃ZJ-CAD基因,研究CAD基因在硬壳完整和露仁核桃内果皮中发育过程中的表达特性.WJ-CAD基因cDNA序列含有788 bp ORF,编码258个氨基酸,分子量84.57 kD,理论等电点5.05;ZJ-CAD基因cDNA序列含有666 bp ORF,编码332个氨基酸,分子量81.93 kD,理论等电点5.09;对所编码的蛋白预测分析表明均属于FrmA超基因家族;实时荧光定量PCR结果表明,WJ-CAD基因的相对表达量整体呈现下降-上升-下降的趋势,ZJ-CAD基因的相对表达量整体均呈现上升-下降-上升-下降的趋势,2个基因均在花后65 d表达量达到最高峰,其后期表达量均较低,CAD基因在“温138”核桃内果皮中的表达量远低于同期“纸皮”的表达量.推测“温138”核桃露仁现象由于花后65 d后木质素合成量降低,导致缺乏木质素的积累或影响木质素单体的组成,从而造成内果皮发育不完整(露仁),初步证明CAD基因参与调控木质素合成,露仁现象可能由于硬核期缺乏木质素的积累.