鸭梨几丁质酶基因的克隆及抗病功能研究

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梨作为重要的水果之一,在亚热带和温带地区均有广泛种植。但在生产中,它常遭遇多种病菌的危害。几丁质酶作为一类非常重要的病程相关蛋白,在植物抗病过程中起着非常重要作用。研究几丁质酶基因在植物抗病中的功能,对培育鸭梨抗病新品种具有重要意义。本研究中,作者克隆得到4个几丁质酶基因,对其在SA和轮纹病菌处理后的表达模式进行了分析,并对几丁质酶基因在抗病中的功能进行了初步探索,为鸭梨抗逆机理的研究及今后通过基因工程手段选育抗逆梨新种质奠定理论基础,同时为探讨该基因在SA通路中及在抵抗逆境过程中的作用奠定基础。主要研究结果如下:  1.以鸭梨为试材,采用RT-PCR技术从鸭梨果实中克隆得到一个几丁质酶基因ChiⅢ的cDNA序列,命名为PbChiⅢ,全长897bp,GenBank数据库登录号为KJ872675。生物信息学分析表明,该基因编码298个氨基酸。核苷酸序列及推导的氨基酸序列与沙梨的同源性均达到100%,该基因属于第Ⅲ类几丁质酶基因。表达分析结果表明,PbChiⅢ基因在鸭梨的根和果实中表达量较大。在鸭梨果实中,SA和梨轮纹病菌均可诱导该基因表达。在供试的96 h内,SA、轮纹病菌、SA和轮纹病菌处理后该基因的表达量分别在12h、48 h和24 h达到最大值。利用原核表达系统成功表达了PbChiⅢ蛋白,其蛋白分子量大小为31.3 kD,诱导的蛋白可增强菌体在NaCl,CuCl2,CdCl2和ZnSO4等非生物胁迫下的生长能力,为进一步研究PbChiⅢ蛋白的功能奠定了基础。亚细胞定位结果表明,PbChiⅢ定位于细胞壁、细胞膜和细胞核。通过农杆菌介导法获得转基因(PbChiⅢ)拟南芥植株。对野生型、转基因拟南芥植株接种灰霉病菌(Botrytis cinerea)和丁香假单胞杆菌(Pseudomonassyringae pv tomato DC3000,Pst DC3000),结果发现,与野生型相比,转基因植株的抗病性增强。利用农杆菌介导的叶盘转化法进行鸭梨遗传转化,当叶盘在根癌农杆菌浓度OD600=0.5,叶片侵染5 min,含有50μmol/L乙酰丁香酮的条件下共培养48 h有利于鸭梨的遗传转化。  2.从鸭梨果实中克隆得到一个Ⅰ型几丁质酶基因,命名为PbChiⅠ,片段大小为954个核苷酸,编码317个氨基酸,GenBank数据库登录号为KP876484,表达分析结果表明,PbChiⅠ基因在梨的果实和根中表达量较大。在鸭梨果实中,SA和梨轮纹病菌均可诱导该基因表达。在供试的96 h内,SA、轮纹病菌、SA和轮纹病菌处理后该基因的表达量分别在72 h、72 h和48 h达到高峰。利用原核表达系统成功表达了PbChiⅠ蛋白,其蛋白分子量大小为34.02 kD,诱导的蛋白可增强菌体在NaCl,CuCl2,CdCl2和ZnSO4等非生物胁迫下的生长能力。通过农杆菌介导法获得转基因(PbChiⅠ)拟南芥植株。为进一步研究PbChiⅠ蛋白的功能奠定了基础。  3.利用RT-PCR技术从鸭梨果实中克隆得到一个Ⅱ型几丁质酶基因,命名为PbChiⅡ,目的片段大小为969个核苷酸,编码322个氨基酸,GenBank数据库登录号为KP876485。荧光定量表达分析结果表明,PbChiⅡ在根中表达量最高,果实中次之,在茎和叶中的表达量最低。在7、14、21d鸭梨幼果和成熟期鸭梨果实中,SA和轮纹病菌均可诱导该基因表达。在供试的96 h内,SA、轮纹病菌、SA和轮纹病菌处理后该基因的表达量均在48 h达到最大值。利用原核表达系统成功表达了PbChiⅡ蛋白,其蛋白分子量大小为35.53 kD,诱导的蛋白可增强菌体在NaCl,CuCl2,CdCl2和ZnSO4等非生物胁迫下的生长能力。通过农杆菌介导法获得转基因(PbChiⅡ)拟南芥植株。为进一步研究PbChiⅡ蛋白的功能奠定了基础。  4.克隆了PbChiⅣ基因的cDNA序列为819 bp,GenBank数据库登录号为KJ872676。生物信息学分析表明,PbChiⅣ编码272个氨基酸,与沙梨的同源性达100%,与毛果杨(XP006376418.1)、葡萄(NP001268173.1)、拟南芥(CAA74930.1)、紫花苜蓿(ACL36992.1)、蒺藜苜蓿(AAR87869.1)、豇豆(CAA61281.1)、榛子(AEM97876.1)、东方山羊豆(AAP03085.1)、葡萄(NP001268075.1)、华东葡萄(ABY66958.1)、葡萄(AAB65777.1)、烟草(BAF44533.1)和海岛棉(AER29902.1)的同源性分别为79%、73%、73%、72%、72%、72%、69%、68%、67%、67%、65%、67%和62%,属于第Ⅳ类几丁质酶基因。表达分析结果表明,PbChiⅣ在根中的表达量最大,分别是茎和叶的4.32和2.96倍,其次是在果实中的表达量,分别是茎和叶的2.48和1.70倍,在叶片和茎中的表达量相对较低。在7、14、21d的鸭梨幼果和成熟期果实中,SA和梨轮纹病菌均可诱导该基因表达。SA处理后基因的最大表达量分别是对照的2.83、2.29、2.95和3.8倍,轮纹病菌处理后基因的最大表达量分别是对照的1.82、1.81、2.25和1.66倍,SA和病原菌处理后基因的最大表达量分别是对照的2.49、4.94、5.05和3.43倍,SA、病原菌、SA和病原菌处理后PbChiⅣ基因的表达量分别在72 h、24 h和72 h达到最大值。
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