光皮桦MYB基因的克隆及表达和调控分析

摘要

[目的] MYB转录因子是植物中一类重要的转录因子,在调控次生壁纤维素和木质素等的合成中具有重要作用.为了挖掘参与光皮桦木材形成的MYB基因,本研究通过克隆MYB基因,分析其序列特征、表达模式和下游调控基因,以期为后续功能深入解析和分子辅助育种提供理论依据和基因资源.[方法] 利用RACE技术分离到4个光皮桦BlMYB基因的cDNA片段.利用生物信息学工具对这些基因的序列特征进行分析,利用实时荧光定量PCR分析BlMYB及预测的下游基因在不同器官(雌花序、雄花序、嫩芽、嫩叶、成熟叶、茎)、组织(内外层木质部、韧皮部、形成层)中,以及应拉木诱导早期阶段的表达差异.以2个木质部特异表达的BlMYB为指导基因,采用相互排名法和Cytoscape 软件构建共表达网;使用Plant CARE在线查询共表达的下游基因启动子区元件.[结果]分离到4个BlMYB 的全长cDNA 序列,分别命名为BlMYB1、BlMYB2、BlMYB3和BlMYB4,它们编码的蛋白分别由395、252、258、320 个氨基酸残基组成,且在靠近N端都有R2R3结构域. 4个BlMYB氨基酸序列间一致性27% ～37%,而与它们同源的拟南芥AtMYB氨基酸序列间的一致性为39% ～55%. 4个BlMYB基因都含有1～2个内含子.进化树构建分析发现4个BlMYB 分属于4 个不同的分支,其中BlMYB2、BlMYB4分别与细胞次生壁形成相关的MYB聚在一起. BlMYB1、BlMYB3在成熟叶片中优势表达,且随叶片成熟表达水平呈递增趋势,可能与叶片的发育有关. BlMYB2在木质化茎段的木质部强烈表达,而在叶片、韧皮部等组织中的表达相对较弱; 在应拉木诱导形成的早期阶段,应拉木中BlMYB2 呈下调表达,尤其是拉弯处理48 h和7 天时的相应数值均显著低于直立木.BlMYB4在茎的木质部、成熟雄花序中优势表达,在根、嫩叶中的表达水平较低;同时,在应拉木诱导形成早期阶段, BlMYB4在应拉木和对应木中分别呈现上调和下调表达.另外,基于共表达分析和特异性AC元件筛选,推测FRK、COMT、HCT、CesA3、CesA4、4CL、CCoAOMT 7 个纤维素、木质素合成酶基因可能受 BlMYB2 和 BlMYB4 所调控.[结论] 获得的4个光皮桦BlMYB基因属于R2R3-MYB家族,具不同的基因结构. 4个基因呈现不同的表达模式暗示它们可能参与调控不同代谢途径.结合光皮桦应拉木特征和共表达分析结果,可初步推测BlMYB2和BlMYB4可能参与光皮桦木材形成过程的调控.