梨STP基因家族鉴定及PbrSTP11调控梨花粉管生长的功能分析

摘要

[目的]本文旨在对梨单糖转运蛋白(sugar transporter protein,STP)基因家族成员进行鉴定,分析其序列特性、基因结构、氨基酸序列保守功能域、染色体定位以及组织表达特性,为其功能研究奠定基础。[方法]基于梨的全基因组数据,采用生物信息学方法进行序列鉴定和分析。通过不同糖种类和浓度培养梨花粉来分析糖对花粉管生长的影响。利用转录组数据分析PbrSTP成员在花粉不同发育阶段的表达模式。通过亚细胞定位技术分析PbrSTP11在细胞中的分布情况,并利用反义寡聚脱氧核苷酸(as-ODN)技术和缺陷型酵母突变体验证PbrSTP11的功能。[结果]梨STP基因家族有35个成员,分为5个亚家族,各亚家族具有保守的基因结构和蛋白质基序。与无糖、葡萄糖和果糖培养基相比,含蔗糖的培养基对梨花粉的萌发和生长均具有显著的促进作用,而低浓度的单糖培养基也会促进梨花粉的萌发和生长,但其作用没有蔗糖显著。RT-qPCR结果表明,PbrSTP11基因在梨花粉中特异性表达。随着单糖浓度的升高,PbrSTP11基因的表达水平显著提高。亚细胞定位显示PbrSTP11蛋白定位在细胞膜上。酵母功能互补试验结果显示,PbrSTP11对葡萄糖、果糖具有转运能力,并且对葡萄糖的转运能力高于果糖,但PbrSTP11没有转运蔗糖和山梨醇的活性。利用as-ODN技术敲低PbrSTP11基因表达抑制了梨花粉管生长。[结论]PbrSTP基因家族成员高度保守;PbrSTP11定位于质膜,具有转运葡萄糖和果糖的能力,从而促进梨花粉管生长。