马铃薯St4CL的克隆及表达分析

doi:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0505

生物技术通报 ›› 2019, Vol. 35 ›› Issue (11): 1-8.doi: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0505

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马铃薯St4CL的克隆及表达分析

谢海娟¹, 范希德¹, 叶广继^{1, 2}, 周云^{1, 2}, 王舰^{1, 2}, 杨永智^{1, 2}

1. 青海大学,西宁 810016;
2. 青海省农林科学院青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青藏高原生物技术教育部重点实验室青海省马铃薯育种重点实验室,西宁 810016

收稿日期:2019-06-04 出版日期:2019-11-26 发布日期:2019-11-19
作者简介:谢海娟,女,硕士,研究方向：作物遗传育种;E-mail：459787232@qq.com;范希德同为本文第一作者
基金资助:
现代农业产业技术体系（CARS-9）,专用型马铃薯产业高质量发展关键技术研发与示范（2019-NK-A1）,青海省高原特色农作物现代种业创新体系建设（2017-NK-A7）

Cloning and Expression Analysis of St4CL Gene in Solanum tuberosum

XIE Hai-juan¹, FAN Xi-de¹, YE Guang-ji^{1, 2}, ZHOU Yun^{1, 2}, WANG Jian^{1, 2}, YANG Yong-zhi^{1, 2}

1. Qinghai University,Xining 810016;
2. Qinghai Academy of Agriculture and Forestry Sciences/State key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture/Key Laboratory of Qinghai-Tibetan Plateau Biotechnology of Ministry of Education/Key Laboratory of Potato Breeding of Qinghai,Xining 810016

Received:2019-06-04 Published:2019-11-26 Online:2019-11-19

摘要/Abstract

摘要： 4-香豆素辅酶A连接酶（4CL）是苯丙烷代谢途径中关键酶之一,克隆马铃薯4CL,并分析其表达情况,为马铃薯4CL的功能研究奠定基础。从马铃薯青薯9号中克隆St4CL,并进行生物信息学分析,采用qRT-PCR技术检测St4CL在青薯9号各组织中以及不同马铃薯品种中的表达量。结果表明,St4CL的CDS长度为1 710 bp,编码569个氨基酸,蛋白分子质量约为61.83 kD,等电点为5.53。生物信息学分析表明,St4CL蛋白是稳定的疏水性蛋白,具有无规则卷曲（42.36%）、α-螺旋（28.47%）、延伸连（21%）、β-折叠（8.08%）;亚细胞定位预测显示,St4CL位于叶绿体类囊体膜上;系统进化分析表明,St4CL蛋白与番茄的Sl4CL蛋白亲缘关系最近,二者同源性为97%。St4CL启动子区域含有多种与逆境响应相关的顺式作用元件,如脱落酸响应元件、赤霉素响应元件以及与干旱和黄酮类生物合成相关的MYB结合位点。qRT-PCR结果显示,St4CL在青薯9号各组织中均有表达,叶片中表达量最高,花中次之,根中表达量最低;在不同马铃薯品种中的表达量存在差异,在高抗晚疫病品种青薯10号中表达量最高,感病品种下寨65中的表达量最低。

关键词: 马铃薯, 4-香豆素辅酶A连接酶, 表达分析, 晚疫病

Abstract: 4-coumarate：CoA ligase（4CL）is one of the most important enzymes in phenylpropane metabolism,thus cloning 4CL from Solanum tuberosum and analyzing its expression will lay foundation for studying its function. A gene named St4CL was cloned from Qingshu 9,bioinformatics for it was conducted,and qRT-PCR was used to detect the expressions of St4CL in the different tissues and varieties. The results demonstrated that the CDS of St4CL gene was 1 710 bp,and it encoded 569 amino acids. The molecular weight of protein was 61.83 kD,and the isoelectric point was 5.53. Bioinformatics analysis showed that St4CL was a stable hydrophobic protein with random coil（42.36%）,α-helix（28.47%）,extended strand（21%）,and β-turn（8.08%）. Subcellular localization prediction showed that St4CL was located on the thylakoid membrane of chloroplast. Phylogenetic analysis revealed that St4CL protein had the highest sequence similarity（about 97%）with and the closest genetic relationship to Sl4CL in Solanum lycopersicum. The promoter of St4CL gene contained many cis-acting elements related to stress response,such as abscisic acid responsive element,gibberellin-responsive element,MYB binding site involved in drought and flavonoid biosynthesis,etc. qRT-PCR analysis showed that St4CL expressed in all tissues,the highest in leaves followed by flowers,and the lowest in roots. The expression of St4CL varied in different varieties,with the highest expression in Qingshu10 and the lowest expression level in Xiazhai 65.

Key words: Solanum tuberosum, 4-coumarate：CoA ligase, expression analysis, late blight

谢海娟, 范希德, 叶广继, 周云, 王舰, 杨永智. 马铃薯St4CL的克隆及表达分析[J]. 生物技术通报, 2019, 35(11): 1-8.

XIE Hai-juan, FAN Xi-de, YE Guang-ji, ZHOU Yun, WANG Jian, YANG Yong-zhi. Cloning and Expression Analysis of St4CL Gene in Solanum tuberosum[J]. Biotechnology Bulletin, 2019, 35(11): 1-8.

参考文献

[1] 李明, 谢海娟, 叶广继, 等. 马铃薯光敏色素作用因子基因PIF4的克隆及表达分析[J]. 分子植物育种, 2018, 16(19):6193-6201.
[2] 王连平, 席与芳, 王汉荣, 等. 外源处理对机械损伤甘薯块根木质素合成的影响[J]. 江西农业学报, 2004, 16(1):20-24.
[3] 胡尚连, 曹颖, 黄胜雄, 等. 慈竹4CL基因的克隆及其生物信息学分析[J]. 西北农林科技大学学报:自然科学版, 2009, 37(8):204-210.
[4] Vogt T.Phenylpropanoid biosynthesis[J]. Molecular Plant, 2010, 3(1):2-20.
[5] Awasthi P, Mahajan V, Jamwal VL, et al.Characterization of the gene encoding 4-coumarate:CoA ligase in Coleus forskohlii[J]. J Plant Bioch Biotech, 2018, 28(2):203-210.
[6] Hakeem KR, Rehman RU, Tahir I.Plant signaling:Understanding the molecular crosstalk[M]. India:Springer New Delhi, 2014.
[7] Tang YH, Liu F, Mao KQ, et al.Cloning and characterization of the key 4-coumarate CoA ligase genes in Boehmeria nivea[J]. South African Journal of Botany, 2018, 116:123-130.
[8] Li Y, Kim JI, Pysh L, et al.Four isoforms of Arabidopsis thaliana 4-coumarate:CoA ligase(4CL)have overlapping yet distinct roles in phenylpropanoid metabolism[J]. Plant Physiology, 2015, 169(4):2409.
[9] Sun HY, LI Y, Feng SQ, et al.Analysis of five rice 4-coumarate:coenzyme Aligase enzyme activity and;stress response for potential roles in lignin and flavonoid biosynthesisin rice[J]. Biochemical & Biophysical Research Communications, 2013, 430(3):1151-1156.
[10] Hu WJ, Kawaoka A, Tsai CJ, et al.Compartmentalized expression of two structurally and functionally distinct 4-coumarate:CoA ligase genes in Aspen(Populus tremuloides)[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 1998, 95(9):5407-5412.
[11] 常胜合, 孙威, 许桂莺, 等. 利用4-香豆酸:CoA连接酶基因Mu4CL15提高香蕉植株的倒伏抗性[J]. 分子植物育种, 2017, 15(12):4905-4911.
[12] 姜勇, 胡尚连, 曹颖, 等. 青杨4CL基因的克隆及生物信息学分析[J]. 西南农业学报, 2016, 29(7):1547-1553.
[13] Stuible H, Kombrink E.Identification of the substrate specificity-conferring amino acid residues of 4-coumarate:Coenzyme A ligase allows the rational design of mutant enzymes with new catalytic properties[J]. Journal of Biological Chemistry, 2001, 276(29):26893-26897.
[14] Alberstein M, Eisenstein M, Abeliovich H.Removing allosteric feedback inhibition of tomato 4-coumarate:CoA ligase by directed evolution[J]. Plant J, 2012, 69(1):57-69.
[15] Kiyoon K, Kyungjin L, Ishihara A, et al.Induced synthesis of caffeoylserotonin in pepper fruits upon infection by the anthracnose fungus, Colletotrichum gloeosporioides[J]. Scientia Horticulturae, 2010, 124(2):290-293.
[16] Lee D.Two divergent members of a tobacco 4-coumarate:coenzyme A ligase(4CL)gene family. cDNA structure, gene inheritance and expression, and properties of recombinant proteins[J]. Plant Physiology, 1996, 112(1):193-205.
[17] 倪志勇, 吕萌, 范玲. 棉花Gh4CL1基因克隆及表达[J]. 西北植物学报, 2010, 30(5):876-882.
[18] 李萌, 哈努拉·塔斯肯, 陈卓, 等. 白桦4CL基因启动子克隆及表达分析[J]. 中国农学通报, 2017, 33(5):29-34.
[19] 申晚霞, 王志彬, 薛杨, 等. 柑橘4CL 基因家族的结构及其功能分析[J]. 园艺学报, 2019, 46(6):1068-1078.
[20] 母洪娜, 孙陶泽, 徐晨, 等. 桂花(Osmanthus fragrans Lour. )4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)基因克隆与表达分析[J]. 分子植物育种, 2016, 14(3):536-541.
[21] Liu XY, Wang PP, Wu YF, et al.Cloning and functional characterization of two 4-coumarate:CoA ligase genes from Selaginella moellendorffii[J]. Molecules, 2018, 23(3):595-606.
[22] 陈夏晔, 彭宣祥. 普通烟草Nt4CL基因家族的生物信息学分析[J]. 贵州农业科学, 2018, 46(8):11-15.
[23] 贾彩红, 王宏芝, 杜克久, 等. 抑制4CL基因表达的转基因毛白杨中木质素含量与茎杆颜色的关系[J]. 农业生物技术学报, 2004, 12(6):621-624.
[24] 赵艳玲, 陆海, 陶霞娟, 等. GRP1. 8融合反义4CL1基因调控烟草木质素生物合成[J]. 北京林业大学学报, 2003, 25(4):16-20.
[25] Fritzemeier KH, Cretin C, Kombrink E, et al.Transient induction of phenylala-nine ammonia-lyase and 4-coumarate:CoA ligase mRNAs in po-tato leaves infected with virulent or avirulent races of Phytophthora infestans[J]. Plant Physiol, 1987, 85(1):34-41.
[26] 张蕾, 林晓, 罗赟, 等. RNAi沉默Fa4CL基因对草莓果实花色苷代谢的影响[J]. 果树学报, 2015, 32(3):434-439.
[27] 尹军良. 西北地区马铃薯主栽品种的抗晚疫病性评价及致病疫霉菌候选核心RXLR效应基因的鉴定[D]. 杨凌:西北农林科技大学, 2018.
[28] 张珊珊, 翟伟卜, 郭慧敏, 等. 香豆素合成途径关键酶基因Ghpal、Ghc4h和Gh4cl在棉花抗链格孢菌中的作用[J]. 植物病理学报, 2017(2):73-82.

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Cloning and Expression Analysis of St4CL Gene in Solanum tuberosum

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[1]	刘雯锦, 马瑞, 刘升燕, 杨江伟, 张宁, 司怀军. 马铃薯StCIPK11的克隆及响应干旱胁迫分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(9): 147-155.
[2]	王佳蕊, 孙培媛, 柯瑾, 冉彬, 李洪有. 苦荞糖基转移酶基因FtUGT143的克隆及表达分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(8): 204-212.
[3]	孙明慧, 吴琼, 刘丹丹, 焦小雨, 王文杰. 茶树CsTMFs的克隆与表达分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(7): 151-159.
[4]	赵雪婷, 高利燕, 王俊刚, 沈庆庆, 张树珍, 李富生. 甘蔗AP2/ERF转录因子基因ShERF3的克隆、表达及其编码蛋白的定位[J]. 生物技术通报, 2023, 39(6): 208-216.
[5]	姜晴春, 杜洁, 王嘉诚, 余知和, 王允, 柳忠玉. 虎杖转录因子PcMYB2的表达特性和功能分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(5): 217-223.
[6]	姚姿婷, 曹雪颖, 肖雪, 李瑞芳, 韦小妹, 邹承武, 朱桂宁. 火龙果溃疡病菌实时荧光定量PCR内参基因的筛选[J]. 生物技术通报, 2023, 39(5): 92-102.
[7]	王艺清, 王涛, 韦朝领, 戴浩民, 曹士先, 孙威江, 曾雯. 茶树SMAS基因家族的鉴定及互作分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(4): 246-258.
[8]	刘思佳, 王浩楠, 付宇辰, 闫文欣, 胡增辉, 冷平生. ‘西伯利亚’百合LiCMK基因克隆及功能分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(3): 196-205.
[9]	王涛, 漆思雨, 韦朝领, 王艺清, 戴浩民, 周喆, 曹士先, 曾雯, 孙威江. CsPPR和CsCPN60-like在茶树白化叶片中的表达分析及互作蛋白验证[J]. 生物技术通报, 2023, 39(3): 218-231.
[10]	庞强强, 孙晓东, 周曼, 蔡兴来, 张文, 王亚强. 菜心BrHsfA3基因克隆及其对高温胁迫的响应[J]. 生物技术通报, 2023, 39(2): 107-115.
[11]	苗淑楠, 高宇, 李昕儒, 蔡桂萍, 张飞, 薛金爱, 季春丽, 李润植. 大豆GmPDAT1参与油脂合成和非生物胁迫应答的功能分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(2): 96-106.
[12]	葛雯冬, 王腾辉, 马天意, 范震宇, 王玉书. 结球甘蓝PRX基因家族全基因组鉴定与逆境条件下的表达分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(11): 252-260.
[13]	杨旭妍, 赵爽, 马天意, 白玉, 王玉书. 三个甘蓝WRKY基因的克隆及其对非生物胁迫的表达[J]. 生物技术通报, 2023, 39(11): 261-269.
[14]	陈楚怡, 杨小梅, 陈胜艳, 陈斌, 岳莉然. ABA和干旱胁迫下菊花脑ZF-HD基因家族的表达分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(11): 270-282.
[15]	尤垂淮, 谢津津, 张婷, 崔天真, 孙欣路, 臧守建, 武奕凝, 孙梦瑶, 阙友雄, 苏亚春. 钩吻脂氧合酶基因 GeLOX1 的鉴定及低温胁迫表达分析[J]. 生物技术通报, 2023, 39(11): 318-327.