玫瑰单萜代谢相关基因RrDXS和RrLIS的克隆与表达分析

摘要

玫瑰(Rosa rugosa Thunb.)是蔷薇科蔷薇属落叶灌木，花色艳丽，香气宜人，是重要的园林观赏植物和名贵的天然香料植物。单萜类化合物中的香茅醇、香叶醇、橙花醇及其乙酸酯类衍生物和芳樟醇是我国传统玫瑰鲜花和精油的主要芳香成分。本文以精油用玫瑰主栽品种‘唐红’为试材，克隆了与玫瑰单萜类花香成分生物合成相关的RrDXS和RrLIS基因，分析了RrDXS和 RrLIS基因在玫瑰花不同发育时期及花器官不同部位中的时空表达规律，以及主要单萜类花香成分积累与RrDXS和RrLIS基因表达的关系，主要研究结果如下:　　1、以‘唐红’盛开期花瓣为试材，利用CTAB法提取其总RNA，采用RACE法克隆得到了2个玫瑰单萜类花香成分合成相关基因RrDXS和RrLIS的全长cDNA序列，结果表明，RrDXS基因全长2091bp，具有起始密码子、完整的开放阅读框(1494 bp)、终止密码子、5'非编码区(273 bp)、3'非编码区(324bp)和poly(A)尾巴(11 bp)，共编码498个氨基酸。该基因登录号为JN675706; RrLIS全长1318bp，具有起始密码子、完整的开放阅读框(1239 bp)、终止密码子、5'非编码区(48bp)、3'非编码区(31bp)和poly(A)尾巴(11bp)，共编码413个氨基酸。该基因登录号为JN67570。在Genbank进行序列对比后发现，RrDXS基因的核苷酸序列与葛藤(AY315652) DXS基因核苷酸序列具有最大的相似性，为85％;推导出的氨基酸序列与橡胶树(BAF98288)、蓖麻(XP_002516843)、番茄(NP001234672)等植物DXS基因氨基酸序列的同源性均达到94％。RrLIS基因的核苷酸序列与葡萄(HM807391.1) LIS基因核苷酸序列的同源性达75％;推导出来该基因的氨基酸序列与毛果杨(AEI52903.1)、葡萄(ADR74211.1)、猕猴桃（ADD81294.1）等植物LIS基因氨基酸序列的同源性分别达96％和95％。　　2、以‘唐红’为材料，采用半定量PCR(RT-PCR)和荧光定量PCR技术研究了RrDXS和RrLIS基因在玫瑰花不同发育时期及花器官不同部位中的时空表达规律，分析了玫瑰主要单萜类花香成分积累与目的基因表达之间的关系，结果表明，RrDXS、RrLIS基因在玫瑰从花蕾期到盛开期的发育过程中表达量不断上升，至盛开期时最高，衰老期表达量相对减少。RrDXS基因在花托中表达量最高，在花萼和花柄中也较高，而在花瓣、雄蕊、雌蕊中的表达水平低:RrLIS基因在花瓣、雄蕊和雌蕊中表达量较高，其中雄蕊最高，在花柄、花托和花萼中的表达水平较低，几乎检测不到，且RrLIS基因的整体表达水平明显低于RrDXS基因。结合GC-MS分析发现，本试验中‘唐红’鲜花中芳樟醇含量较低，其基因表达量也较低，而香茅醇、香叶醇、橙花醇及其乙酸酯类衍生物乙酸香茅酯、乙酸香叶酯和乙酸橙花酯的含量较高，其变化趋势与RrDXS基因表达的变化趋势一致，但RrDXS基因表达量的变化规律与花器官不同部位中单萜及其乙酸酯类衍生物含量的分布情况并不一致，表明RrDXS基因可能与玫瑰单萜芳香成分的生物合成直接相关，但并不是起决定性作用的关键基因。