龙眼HSF家族全基因组鉴定及其在热胁迫响应中的表达分析

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:besunqz
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龙眼(Dimocarpus longan Lour.)是我国重要的经济型果树,具有丰富的食用和药用价值。龙眼果实品质及产量与其胚胎发育的好坏密切相关。在龙眼设施栽培中,温度是影响胚胎发育的重要因子。因此,为更好的发展龙眼设施产业,研究热胁迫对龙眼胚胎发育的影响意义重大。热激转录因子(Heat shock transcription factor,HSF)是参与热胁迫的重要调控因子。本研究对热胁迫处理下的龙眼胚性愈伤组织(Embryogenic callus,EC)进行细胞形态观察及其增殖率和细胞活力测定;同时,对热胁迫下龙眼早期体胚发育不同阶段细胞进行生理生化指标测定;在此基础上进行了龙眼DlHSF家族全基因组鉴定、生物信息学分析及该家族所有成员的密码子使用偏好性分析;对其在生长发育及逆境胁迫下的表达模式进行研究;并对在早期体胚发育过程及热胁迫响应中发挥重要作用的DlHsfA2进行克隆、载体构建及瞬时表达研究。主要研究结果如下:(1)对龙眼EC进行热胁迫(30℃、35℃和40℃)处理下细胞形态观察及细胞生长量和细胞活力测定。结果表明随着温度升高,龙眼细胞颜色加深,颗粒化程度加剧,质地更加紧实,40℃时部分细胞形态出现畸形。细胞生长量呈现“先升后降”趋势,在35℃时生长量最多,40℃最少。细胞活力伴随热胁迫加剧而呈下降趋势,40℃最低。对处于早期体胚发育不同阶段的龙眼细胞进行相关生理生化指标测定,结果发现MDA、Pro含量及SOD酶活性会随着温度升高呈上升趋势,40℃时达到峰值。与25℃对照相比,40℃处于球形胚(Globular embryo,GE)及胚胎发育阶段的细胞MDA、Pro含量及SOD酶活性均更高。而30℃和35℃不同发育时期的细胞虽高于对照,但上升幅度偏小,表明热胁迫对早期体胚发育不同阶段细胞的生理生化及代谢过程会有不同程度影响。(2)从龙眼基因组中鉴定得到20个DlHSF家族成员。生物信息学分析表明,DlHSF家族具有典型的DBD保守结合域,且均为不含信号肽的不稳定蛋白;启动子含有热激、光等与逆境胁迫及胚乳、叶形态等生长发育相关的响应元件,表明DlHSF可能参与多种逆境胁迫及生长发育过程;进化树分析表明HSF可分为DlHsfA、DlHsfB和DlHsfC三类。qRT-PCR结果表明:在龙眼早期体胚发育过程中,DlHSF可能主要在EC、GE阶段发挥作用。不同组织器官表达量分析发现,DlHSF可能与龙眼花的发育等生长过程相关。(3)对DlHSF家族密码子使用偏性特征进行进一步分析发现,DlHSF家族成员编码氨基酸时对密码子的偏好性整体较弱,且更偏好使用A/T(U),并偏好以A或T(U)结尾。该家族的最优密码子有CUU、CAA等12个。DlHSF家族密码子偏好性主要受突变压力影响。与拟南芥、烟草等模式生物基因组密码子偏性使用频率比较,酵母菌真核表达系统更适合作为该家族基因异源表达系统,而且拟南芥、烟草等均可作为该家族遗传转化的理想受体。(4)对龙眼EC进行不同胁迫处理。qRT-PCR结果表明,在渗透胁迫下,DlHsfA1d和DlHsfA8表达量较高;在盐胁迫下,DlHsfA4d、DlHsfA6b和DlHsfA8有较高表达量;表明这些基因可能在该胁迫过程中发挥作用。在热胁迫下,DlHSF表达量基本在40℃时达到最高,热胁迫响应最为激烈。基于此,继续对40℃热胁迫下不同时间(0、1、2、4、6、12和24 h)的DlHSF进行表达情况研究。qRT-PCR结果表明,DlHSF成员大多数集中于2 h时表达量最高。对SA、ABA、Ca2+和H2O2不同信号分子进行2 h处理后,再进行2 h 40℃热胁迫处理。结果发现,在热胁迫后的ABA、H2O2处理下,DlHSF的表达量上调最为明显,表明在热胁迫下的分子信号转导途径中,DlHSF主要参与热胁迫下的H2O2和ABA信号途径转导。(5)为探究重要基因DlHsfA2的功能,克隆得到DlHsfA2序列,ORF长度为1 125 bp,编码氨基酸数量为374 aa,蛋白比对结果发现,含有典型的DBD保守结构域。进化关系表明,DlHsfA2与柑橘CsHsfA2亲缘关系较近,与水稻关系最远。构建p1302-DlHsfA2-GFP亚细胞定位表达载体及p1301-DlHsfA2-GUS过表达载体。结果显示,DlHsfA2定位于细胞核,与WoLF PSORT预测结果一致。p1301-DlHsfA2-GUS在龙眼EC中瞬时转化发现,与非转基因相比,转基因EC中阳性对照及过表达材料中均检测到GUS报告基因和潮霉素(Hygromycin)基因。且qRT-PCR结果表明,与阳性对照相比,过表达EC中GUS报告基因的表达量显著升高。
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