茉莉花香气合成相关酶基因克隆与表达分析

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茉莉花[Jasminum sambac (L.) Ait]是木犀科茉莉属(素馨属)植物,发源于波斯及印度一带,分布在热带、亚热带和温带地区,在我国福建、广西、四川、云南、广东等地大量栽培。茉莉花香气芬芳馥郁、纯正优雅,是一种闻名世界的香料作物,深受人们的青睐。以茉莉花为原料制成的茉莉花茶滋味浓厚、香气浓郁鲜灵持久,在我国销量仅次于绿茶和乌龙茶,畅销京津等广大地区,也是出口优势茶。为了解茉莉花香气形成的分子机理,以双瓣茉莉花瓣为材料,采用RT-PCR和RACE技术相结合的方法,克隆获得法呢基焦磷酸合酶(farnesyl pyrophosphate synthase, FPPS)基因、5-磷酸脱氧木酮糖合成酶(Deoxyoxylulose-5-phosphate synthase, DXS)基因、3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase, HMGR)基因、苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia-lyase,PAL)基因及水杨酸甲酯合成酶(salicylic acid carboxyl methyltransferase, SAMT)基因的全长cDNA序列,分别命名为JsFPPS、JsDXS、JsSAMT、JsHMGR、JsPAL。采用染色体步移技术,获得上游启动子序列。采用实时荧光定量PCR技术,检测其在花瓣发育过程中的表达动态。结果如下:JsFPPS全长cDNA为1394bp,ORF (Open Reading Frame)为1050bp,编码348个氨基酸,含IsoprenoidBiosynC1superfamily蛋白保守区,链长控制区(CLDR)、天冬氨酸富集的底物-Mg2+结合部位等功能保守域;分离得到JsFPPS基因上游调控序列1022bp,含与开花相关元件CCAATBOX1,茉莉酮酸甲酯、植物生长素、低温、暗响应相关等茉莉花生长发育及花香形成相关的重要顺式作用元件。JsDXS全长cDNA为2505bp, ORF为2148bp,编码715个氨基酸,含TPP-DXS、 TPP-PYR-DXS-TK-like和Transketolase C等功能保守域;分离得到JsDXS基因上游调控序列745bp,含启动子核心元件[ATA-box及茉莉酮酸酯反应相关T/GBOXATPIN2、生物钟相关元件CIACADIANLELHC,低温相关元件MYCCONSENSUSAT等与花香形成相关的重要顺式作用元件。JsHMGR全长cDNA为2274bp, ORF为1785bp,编码594个氨基酸,含HMG-CoA reductase superfamily蛋白保守区,NADP(H)结合部位、底物结合部位、催化残基;分离得到JsHMGR基因上游调控序列1177bp,除含与开花相关元件CCAATBOX1外,还含有茉莉酮酸相关元件GCCCORE及PAL相关元件BOXLCOREDCPAL,并含有多个与低温及暗响应相关的元件等与花香形成相关的重要顺式作用元件;JsPAL全长cDNA为2221bp,ORF为2140bp,编码712个氨基酸,含lyaseIlike superfamily蛋白保守域、活性位点及多肽结合位点;JsPAL基因上游调控序列1201bp,含与开花相关元件CCAATBOX1, PAL相关元件(BOXLCOREDCPAL、PALBOXPPC、 PALBOXLPC、TATABOXOSPAL),花特异苯丙烷类相关元件MYBPLANT等与花香形成相关的重要顺式作用元件。JsSAMT全长cDNA为1363bp, ORF为1095bp,编码364个氨基酸,含Methyltransf7功能保守域;JsSAMIT因上游调控序列1433bp,含启动子核心元件TATA-can,开花相关元件CCAATBOX1、苯丙烷类相关元件MYBPLANT、生物钟相关元件CIACADIANLELHC等与花香形成相关的重要顺式作用元件。荧光定量PCR分析表明,JsFPPS基因在晚上18:00茉莉花未开时表达量较低呈上调趋势,到夜间20:00茉莉花半开时表达量达到最高呈下调趋势,至凌晨2:00茉莉花完全开放时表达量降到最低。JsDXS基因在18:00表达量较低,随着时间的推移逐渐上调,到22:00表达量达到最高,呈下调趋势,至凌晨2:00表达量降到最低。JsHMGR基因表达量在晚上18:00茉莉花未开时较低,随着时间的推移及花的发育,迅速上调并在22:00时茉莉花半开达到最高,随后下调,在2:00时茉莉花完全开放仍高于18:00时。JsPAL基因在晚上18:00茉莉花未开时表达量较低,随着时间的推移逐渐上调,到夜间20:00茉莉花半开时表达量达到最高,逐渐又出现下调的趋势,直至凌晨2:00茉莉花完全开放时表达量降到最低。JsSAMT基因在晚上18:00茉莉花开花前表达量较低且呈上调趋势,到夜间20:00茉莉花半开时表达量达到最高且呈下调趋势,直至凌晨2:00茉莉花全开时表达量降到最低。综上,JsFPPS、JsDXS、JsHMGR、JsPAL及JsSAMIT基因的表达受生物钟控制,上述基因对茉莉花香气物质形成具有一定的调控作用,为深入研究以上基因在植物香气物质形成中的作用奠定基础。
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