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白木香萜类合酶基因的鉴定与表达调控分析认领

被引量： 6

作者：

李荣双

学位授予单位：

黑龙江八一农垦大学

摘要：

沉香是沉香属植物在受到伤害后产生的含有树脂的木材,作为中药材和熏香剂使用的历史悠久。国内外研究学者对沉香的研究都集中在化学成分、药理活性以及人工诱导结香技术方面,对沉香结香过程中的分子调控研究较少。海南白木香[Aquilaria sinensis（Lour.）Spreng.]是在我国境内生长的一种沉香属植物,也是我国药典规定的国产沉香来源植物。倍半萜类化合物是沉香的主要成分,也是沉香发挥药理作用的活性成分之一,但其生物合成和调控的分子机制还不完全清楚。萜类合酶（TPS）在倍半萜的生物合成过程中的起着关键作用,本研究在基因组水平上对TPS家族基因进行鉴定,并对其系统进化、基因结构、蛋白结构域、基因表达和调控特征进行分析;同时筛选到4个ERF转录因子并对其调控TPS基因的表达进行了初步研究。研究结果为揭示TPS在沉香倍半萜生物合成中的功能及调控机制奠定基础,也为建立高效的人工结香技术提供理论依据。通过对海南白木香基因组数据和结香剂处理后的转录组数据分析,共鉴定了26个具有完整开放阅读框的TPS基因（AsTPS1-AsTPS26）。AsTPSs基因编码的蛋白长度在325 aa-843 aa之间,多数为亲水的不稳定蛋白。功能预测结果显示大多数TPS基因是倍半萜合酶编码基因,少数为单帖编码基因。进化分析表明,26个AsTPS基因分布在TPS-a、TPS-b、TPS-c、TPS-e/f和TPS-g五个亚组之中,其中TPS-a为最大亚组,包含了16条基因;内含子-外显子基因结构及保守基序分析发现属于同一亚组的基因具有相似的内含子-外显子基因结构及保守基序。几乎所有AsTPSs蛋白都含有DDxxD和NSE/DTE结构域;TPS-a和TPS-b两个亚组有RRX8W保守结构域。AsTPSs基因的启动子区还存在着与植物生长和发育,植物激素反应以及生物/非生物逆境胁迫相关的多种顺式作用元件。基于转录组数据的表达分析显示,8个编码倍半萜合酶的TPS基因（AsTPS1、AsTPS2、AsTPS3、AsTPS5、AsTPS11、AsTPS13、AsTPS15和AsTPS23）受到结香剂的诱导表达;实时荧光定量PCR结果显示,除了AsTPS23外,这些TPS基因的表达也受到茉莉酸、乙烯和伤害处理的显著诱导。基于转录组数据的表达分析表明,22个ERF基因的表达受到结香剂的诱导,与沉香倍半萜生物合成相关的TPS基因表达相似。进化分析表明AsERF1、AsERF2、AsERF31和AsERF4是属于ERF-B3亚组。亚细胞定位分析显示AsERF1-4均定位在细胞核。表达分析显示,茉莉酸、乙烯和伤害处理均能诱导AsERF1-4的表达,推测它们可能与倍半萜的生物合成相关。酵母单杂交实验进一步证明As ERF1-4均能够与AsTPS1、AsTPS3基因启动子结合。烟草叶片的瞬时表达结果表明,转录因子AsERF1、AsERF2、AsERF31、AsERF4能提高本生烟草叶片中AsTPS1、AsTPS3基因启动子的活性。为TPS基因在沉香倍半萜生物合成中的功能及调控机制的未来研究提供基础。也为建立高效的人工结香技术提供理论依据。

摘要译文

关键词：

沉香; 白木香; 萜类合酶; ERF转录因子; 转录调控

学位年度：

2021

学位类型：

硕士

学科专业：

生物化学与分子生物学

导师：

陈志宝戴好富

中图分类号：

S567.19;S567.1[木本⑨]

学科分类号：

0901[作物学];100810[分子生药学]

D O I：

10.27122/d.cnki.ghlnu.2021.000024