黄瓜赤霉素氧化酶基因GA20ox、Ga2ox、Ga3ox的生物信息学及GA20ox1功能分析

摘要

黄瓜（Cucumis sativus L.）是世界范围内广泛栽培的重要瓜类蔬菜，赤霉素是植物体中广泛存在植物激素，生物活性的赤霉素可以促进植株多方面的生长，并由一系列酶类催化合成，其中有3种关键的赤霉素氧化酶类，分别是GA20oxidases、GA3oxidases、GA2oxidases，其中GA20oxidases是降解酶，负责降解C20类赤霉素;GA3oxidases合成有生物活性的赤霉素，GA2oxidases起到钝化赤霉素的作用。果实刺瘤是黄瓜重要的外观品质之一，黄瓜无毛突变体（gabrousl，gl1）的果实表面均没有果刺和果瘤。而前人研究表明，赤霉素促进拟南芥叶片毛状体的发育，为了验证赤霉素在黄瓜果实刺瘤生长发育过程中的功能，我们对黄瓜GA20ox、GA2ox、GA3ox进行了较全面的生物信息学分析，检测其在黄瓜不同组织中的表达特异性，并利用农杆菌介导法进行GA20ox1、GA20ox5在黄瓜中的遗传转化试验，以确定赤霉素对黄瓜果刺生长发育的影响。主要结果如下:
　　1.通过BLASTP程序，得到了19个GA20ox、GA2ox、GA3ox家族基因。物种进化分析表明，黄瓜GA20ox、GA2ox、GA3ox基因在保守结构域和基因结构方面，与拟南芥存在较高的相似性。
　　2.组织表达特异性分析结果表明:GA20ox、GA2ox、GA3ox基因在黄瓜根、茎、叶、雄花、果、卷须中表达模式不同，其中CsGA20ox1主要在黄瓜叶和子房中表达。
　　3.构建了黄瓜GA20ox1、GA20ox5过表达载体和GA20ox1冗默载体，并进行黄瓜的遗传转化试验，得到了13株T1代黄瓜35S∶GA20ox1转基因植株，其中，在T1代发现4株CsGA20ox1过表达的黄瓜转基因株系，其果刺相对于野生型显著变短。
　　总之，我们利用生物信息学、组织特异性和反向遗传学的方法对黄瓜GA20ox、GA2ox、GA3ox做了一个较全面的分析，并且通过遗传转化试验得到CsGA20ox1过表达的转基因株系，发现赤霉素影响黄瓜果刺的形成，以上研究为我们进一步探索赤霉素在黄瓜果实刺瘤形成过程中的功能奠定基础。