糜子PmNCED1的克隆及其对PEG胁迫的响应

【作者】 王瑞云； 杨阳； 王海岗； 陈凌； 王纶； 陆平； 刘敏轩； 乔治军；

【机构】 山西农业大学农学院； 山西省农业科学院农作物品种资源研究所/农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室/杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室； 中国农业科学院作物科学研究所；

【摘要】 【研究背景】糜子(Panicummiliaceum L.)属禾本科黍属,一年生草本第二禾谷类作物,起源于中国,已有一万多年的栽培历史。糜子抗旱耐瘠,水分利用率极高,是中国北方干旱半干旱地区的优势作物,年种植面积达50-60万公顷。糜子拥有丰富的抗旱基因,挖掘和克隆糜子抗旱相关基因,是通过基因工程对作物进行遗传改良的有效手段之一。糜子中参与干旱胁迫应答的相关基因很多,迄今在糜子中仅克隆了干旱复水相关基因PmSAMS、PmMYB及逆境相关基因PmWRKY,并对少数基因进行了表达模式分析,有关PmNCED1基因的克隆和表达尚未见报道。PmNCED1属于NCED多基因家族成员,它是否参与干旱胁迫应答及其在响应胁迫的表达模式尚不明确;【材料与方法】以黄糜子和镇原大糜子为试材,从前期转录组测序结果中获得的类NCED基因的cDNA为模板,从黄糜子中克隆PmNCED1基因。利用生物信息学软件预测PmNCED1编码蛋白的理化特性和结构特征,利用聚乙二醇(PEG)胁迫模拟干旱处理幼苗,分析不同胁迫时间目标基因在叶片中的表达水平和表达模式,探究胁迫对糜子叶片泡状细胞的影响,采用ESI-HPL,C-MS/MS方法测定ABA含量;【结果与分析】400-500字,利用生物信息学软件预测PmNCED1编码蛋白的理化特性和结构特征,发现该基因开放阅读框全长1284bp,编码428个氨基酸。预测PmNCED1蛋白属于RPE65超家族成员和类胡萝卜素双加氧酶家族成员,保守结构为N-端双亲性α-螺旋和4个组氨酸残基,具有2个保守的苯丙氨酸残基和2个NCED特征域,与谷子亲缘关系最近;无跨膜结构,AA23-29(-ARLRQER-)和AA284-290(-TGRSTRR-)为核定位信号,AA400为核输出信号,三级结构包括4个α-螺旋和25个β-延伸链;10种植物NCED1的氨基酸一致性为77%-96%。实时荧光定量PCR显示,PmNCED1的表达量随PEG胁迫时间增加而升高,PEG处理组与对照组生理指标和解剖结构差异极显著(P<0.01),表明PmNCED1与PEG胁迫相关。PEG胁迫前后PmNCED1基因累积速度、生理指标差异和泡状细胞变化3个层面比较了2个品种的抗旱性差异,结果表明HM较ZY抗旱性更强;【结论】从糜子中克隆到抗旱相关基因PmNCED1,该基因编码428个氨基酸,含有4个保守的组氨酸位点。实时荧光定量PCR表明,处理组mRNA表达量均高于对照组,表明该基因可受干旱胁迫诱导表达。更多还原