马占相思纤维素合酶基因AmCesA1的克隆及分析

摘要

[目的]马占相思是我国南方广泛种植的一种造纸用树.纤维素合酶(CesA)在植物纤维素合成途径中发挥主要调节作用,是控制木材纤维品质和产量的重要因素.本研究克隆马占相思的纤维素合酶基因,研究它对激素的应答,为了解马占相思的纤维素合成和获得高纤维素得率的马占相思良种提供帮助.[方法]采用RT-PCR和RACE技术,从马占相思幼苗中获得1个CesA基因,命名为AmCesAI(AY643519).利用生物信息学软件对该基因进行分析.使用Southern分析确定该基因的拷贝形式.采用实时荧光定量PCR确定该基因在不同组织中的表达量以及基因在赤霉素(GA3)、6-BA、茉莉酸甲酯(MeJA)处理后的表达变化.[结果]AmCesA1的cDNA大小为3 793 bp,其开放读码框为3 249 bp,推测这个基因编码1 082个氨基酸;蛋白分子式为C5495H8491N1457O1579S50,分子质量为121.83 kDa.正电荷氨基酸残基数(Arg+ Lys)的数目为121,负电荷氨基酸残基数(Asp+ Glu)的数目为125;等电点为6.51,为酸性蛋白质;它的不稳定系数是40.82,属于不稳定蛋白质.AmCesA1的氨基酸一级结构分析显示它具有纤维素合酶保守的D,D,D,QxxRW功能域,具有植物纤维素合酶所特有的P-CR区及HVR区和N端的锌指结构,在C端存在6个跨膜区域,但在N端的2个跨膜区域并不明显.二级结构分析显示它具有较多的α-螺旋、无规则卷曲,p-转角很少,β-折叠数目因算法的不同存在较大差异.聚类分析表明,AmCesA1与大豆GmCesA1和蔓花生AdCesA1相似性较高.但并没有出现预期同木本植物亲缘较近的结果.进一步与拟南芥纤维素合酶家族氨基酸序列比较,发现AmCesA1与拟南芥的AtCesA1和AtCesA10比较相似,其相似性为86％和80％,从而推测它的功能与拟南芥的AtCesA1和AtCesA10相近.Southern分析显示,马占相思基因组中,AmCesA1是以多拷贝形式存在.实时荧光定量PCR表明,AmCesA1广泛表达于根、茎、叶部位,且差异不显著.AmCesA1对GA3、6-BA、MeJA处理均有响应,其中GA3处理响应相对最强.[结论]本研究克隆到的马占相思AmCesA1为植物CesA基因家族中的一员,推测其参与初级细胞壁的形成.该基因对赤霉素、6-BA、茉莉酸甲酯处理均有响应,其中基因的表达量在不同的激素处理中都有不同程度的上调.表明该基因参与马占相思对激素应答的正调控.