慈竹纤维素合成酶基因(CesA)的克隆、组织表达及生物信息学分析

摘要

随着社会的发展,人们对纤维素制品需求量日益增加,使竹纤维素代替木本纤维素作为造纸原料成为一个趋势。目前,在已知竹种中,国际上只从绿竹和毛竹中克隆得到纤维素合成酶基因,而慈竹中未见报道。为此,本研究以纤维质量好的慈竹为研究材料,采用Race技术对慈竹嫩茎部位的CesA基因5ˊ和3ˊ区基因片段以及全长基因进行克隆,并对克隆获得的完整基因进行生物信息学分析和组织表达进行研究。通过研究获得的主要结果如下。
　　 1.采用Race技术克隆得到了慈竹2个编码纤维素合成酶全长基因,分别命名为NaCesA2和NaCesA3,Genbank上注册号分别为JF796128和JF796129。
　　 2.生物信息学分析结果表明,NaCesA2和NaCesA3与绿竹和毛竹CesA亲缘关系很近,尤其是与绿竹的关系最近,与水稻的CesA亲缘关系稍远。其编码的蛋白具有不同的pI值,与其它物种的CesAs类似。在其C端都含有6个跨膜结构外,具有类似于其它植物CesAs的锌指、高变区和纤维素合成的活性位点。具有α螺旋、β转角(最少)、延伸链和无规卷曲(最多)的二级结构。跨膜结构、物理性质和二级结构分析结果,均表明慈竹CesAs编码的蛋白质为亲水性蛋白。
　　 3.对NaCesA2和NaCesA3基因的RT-PCR分析结果表明,这两个基因均在所取的实生苗各组织中表达,但表达强弱各异,在顶端茎节表达量最高。成熟慈竹组织中,两个基因在展开叶中均不表达或表达很弱,在笋顶端的幼嫩组织、竹伸长侧枝颜色为白色的幼嫩基部嫩茎和竹心均有不同程度的表达。NaCesA2和NaCesA3基因在幼嫩组织中表达量较高,推测其可能参与慈竹初生细胞壁的形成并调节植株生长。