枣多聚半乳糖醛酸酶基因家族分析

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多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG)是一种能催化果胶水解和分解的重要的植物细胞壁降解酶,对植物发育的几乎所有阶段都是必不可少的,大量研究表明PG在果实发育和成熟软化过程中发挥重要作用。前人对PG酶活性与枣果实软化关系进行了一些研究,但关于PG基因的功能未见报道。枣树童期较短,但一般也要2~3年,组培苗可能更长,使得果实发育相关基因功能验证时间增加。FT(FLOWERING LOCUS T)是植物开花调节蛋白之一,是促进植物由营养生长向生殖生长转变的关键因子。有许多研究发现过量表达FT基因可促进植物提前开花,但关于FT基因在枣成花过程中的功能及调控机制的研究鲜有报道。本研究进行了‘冬枣’PG和磷脂酰乙醇胺结合蛋白(Phosphatidy ethanolamine-binding protein,PEBP)基因家族鉴定,进一步通过不同转录组数据分析枣PG家族成员在枣生长发育及冻害过程中的表达特性,筛选出枣果实发育过程中果实大小和质地差异变化的关键候选基因及冻害逆境中参与细胞壁降解的关键基因;同时对枣FT基因进行了组织差异表达分析。最后,以‘冬枣’为试材,对候选基因Zj PG07及Zj FT进行了克隆、载体构建和遗传转化。主要研究结果如下:(1)基于‘冬枣’全基因组数据,共鉴定到41个ZjPG基因,命名为Zj PG01~41。根据氨基酸序列分析其保守基序和系统进化关系,41个Zj PG成员被分成6组,包含3~10个外显子且基因结构相对保守。41个Zj PG成员被定位到除Chr7外的11条染色体上。(2)通过转录组数据分析ZjPG家族各成员在不同组织中的差异表达,以及在不同质地枣‘冬枣’(酥脆)和‘P15’(硬质)、不同大小枣品种‘临黄1号’(大型果)和‘中阳木枣’(小型果)以及鲜食枣‘冬枣’和制干枣‘骏枣’果实发育过程及冻害胁迫下基因的表达模式,分析家族各成员的潜在功能。多数被鉴定到的Zj PG成员在花和果实中有相对较高的表达;在低温逆境中仅检测到5个Zj PG基因表达;Zj PG07在制干枣‘骏枣’和硬质品种‘P15’果实中表达较高,可能参与枣果实质地的形成。(3)在‘冬枣’基因组中共鉴定到7个PEBP成员,其中包括1个FT基因(LOC107410660),1个TFL1基因(LOC107432188),分析Zj FT基因表达模式发现其在叶和花中表达相对较高。(4)以ZjPG07和ZjFT的全长表达序列为参照,成功构建过表达载体p RI101-ZjPG07和pRI101-ZjFT。(5)采用农杆菌介导的叶盘转化法对烟草和酸枣叶片进行转化,成功获得pRI101-ZjFT抗性植株。
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