葡萄ASN和GS家族基因鉴定、克隆和表达分析

【作者】 王玲； 严静； 刘梦； 王跃进； 张朝红；

【机构】 西北农林科技大学园艺学院农业部西北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室旱区作物逆境生物学国家重点实验室；

【摘要】 植物中的天冬酰胺合成酶(ASN)和谷氨酰胺合成酶(GS)在氮代谢和再利用中起重要作用。之前在多个品种中已证实葡萄VviASN1基因表达量在无核品种种子发育/败育的前中期显著高于有核品种。因此本研究中从葡萄全基因组中鉴定天冬酰胺合成酶基因VviASN和谷氨酰胺合成酶基因VviGS,克隆得到基因序列,分析两个基因家族成员的基本序列特征和表达模式。同时测定有核和无核葡萄种子中天冬酰胺(Asn)和谷氨酰胺(Gln)的含量,以期进一步揭示VviASN和VviGS在葡萄种子败育过程中发挥的作用。通过拟南芥的ASN和GS家族成员氨基酸序列在葡萄基因组中鉴定葡萄对应家族成员;通过RT-PCR方法克隆基因cDNA序列;实时荧光定量PCR技术分析VviASN和VviGS在黑比诺、红地球、杨格尔、赫什无核、红宝石无核、火焰无核和无核白等7个有核和无核葡萄品种种子中的表达模式以及在黑比诺葡萄中的组织特异性;采用高效液相色谱—质谱(LC–MS)法测定有核葡萄黑比诺和无核葡萄火焰无核种子中Asn和Gln含量;同时通过实时荧光定量PCR技术分析了这两个基因家族成员对外源MeJA处理后的响应模式。本研究中鉴定了VviASN1、VviASN2和VviGS1.1、VviGS1.2、VviGS1.3、VviGS2a和VviGS2b共7个基因,并克隆得到了它们的cDNA序列。对VviASN和VviGS的生物信息学分析包括染色体定位、系统发育分析、基因结构、多序列比对和保守结构域分析,结果表明葡萄中鉴定到的基因符合这2个基因家族成员的特征。组织特异性分析表明VviASN1仅在花中高表达,而VviGS2a仅在叶中高表达。实时荧光定量PCR分析表明,无核葡萄胚珠发育过程中VviASN1、VviASN2、VviGS1.1和VviGS1.2的转录水平高于有核葡萄。氨基酸含量的测定表明,无核葡萄种子中Asn的含量高于有核葡萄,而Gln则相反。除了VviGS2a对MeJA处理没有响应外,其他6个基因成员都对外源MeJA的处理有不同程度的响应。总之,研究结果为探索葡萄ASN和GS基因家族成员在其种子发育/败育和激素响应过程中的作用提供了一个全新的综合研究思路。更多还原