柑橘果实特异表达基因CsHSP17.9与CsHSP18.0功能探索

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柑橘是以获取果实为生产目标的经济作物,果实品质的优劣决定了其经济价值的高低。果实特异表达基因与果实发育密切相关,对于果实品质的形成具有重要意义。基因工程中利用果实特异性启动子指导外源基因在果实定向表达,克服了组成型启动子在植株所有部位整个发育进程中持续表达的缺陷,有利于基因功能的解析或果实品质的改良。实验室前期通过甜橙转录组数据分析,结合半定量PCR和荧光实时定量PCR验证,筛选出两个组织差异表达极其显著的果实特异表达基因。本课题对这两个基因进行进一步研究,根据其蛋白质预测的功能和分子量大小分别命名为CsHSP17.9与CsHSP18.0,并通过超量表达转化拟南芥对基因功能进行探索,同时研究其启动子活性及表达特点,旨在探讨柑橘果实特异表达基因与果实发育的关系和寻找柑橘果实特异表达的启动子,为未来通过基因工程手段定向改良柑橘果实品质性状奠定基础。主要研究结果如下:1.CsHSP17.9与CsHSP18.0基因特性及超表达分析(1)利用RT-PCR从红夏橙中克隆了CsHSP17.9与CsHSP18.0编码区序列。氨基酸序列分析表明,不同柑橘品种间CsHSP17.9、CsHSP18.0氨基酸序列高度保守。进化分析表明,CsHSP17.9、CsHSP18.0蛋白与拟南芥小分子热激蛋白Cytosolic class I(CI)亚类聚在一簇。基因表达分析表明,CsHSP17.9与CsHSP18.0在果肉特异高表达。(2)分别构建了Ca MV35S启动子和基因自身启动子驱动目的基因表达的超量表达载体,通过农杆菌介导转化拟南芥。转基因拟南芥形态学观察表明超表达系与阴性对照在植株形态及角果等外观方面无明显差异。(3)对纯合转基因拟南芥进行胁迫处理。高温处理后发现超表达系拟南芥幼苗较阴性对照更耐高温。甘露醇、Na Cl、ABA处理表明,超表达系与阴性对照在种子萌发率、幼苗生长势等方面无明显差异。2.CsHSP17.9与CsHSP18.0启动子分析(1)从红夏橙基因组中分别克隆了CsHSP17.9和CsHSP18.0基因ATG上游的启动子序列,分别命名为CFP1、CFP2。生物信息学分析结果表明,CFP1、CFP2序列上均存在多种光响应元件,激素诱导响应元件和胚乳表达顺式调控元件等。(2)将CFP1、CFP2分别与融合报告基因GFP+GUS相连,通过农杆菌介导转入山金柑,获得2个转CFP1::GFP-GUS阳性植株,6个转CFP2::GFP-GUS阳性植株。以转Ca MV35S::GFP-GUS植株为阳性对照,转基因未成功的植株为阴性对照,检测目前已经开花结果的转基因山金柑GFP荧光分布情况,结果表明,转CFP1::GFP-GUS植株中,GFP基因在山金柑子房特异表达,说明CFP1可能具有果实特异表达的能力;转CFP2::GFP-GUS植株没有检测到GFP荧光。(3)将CFP1、CFP2分别与融合报告基因GFP+GUS相连,通过农杆菌介导转入拟南芥。以转Ca MV35S::GFP-GUS植株为阳性对照,转空载植株为阴性对照,对拟南芥组织进行化学染色,结果表明,CFP1驱动下的GUS基因在拟南芥根、茎、叶、花序、角果等多个组织表达,CFP2驱动下的GUS基因在拟南芥根、叶、花序、角果等组织均有表达。
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