毛竹β－胡萝卜素羟化酶基因的分子特征及其功能
【目的】β－胡萝卜素羟化酶( BCH)是催化β－胡萝卜素经中间产物β－隐黄素合成玉米黄质的关键酶，玉米黄质在植物光保护过程中发挥着重要作用。通过研究毛竹β－胡萝卜素羟化酶基因( PeBCH)的结构特点、表达特征和功能，为揭示强光胁迫条件下PeBCH在竹子光保护中的作用提供证据，为培育抵抗强光胁迫的植物新品种提供新的基因资源。【方法】以毛竹为对象，通过同源克隆的方法分离 PeBCH，利用生物信息学软件分析其结构特点，采用实时荧光定量 PCR技术分析基因的组织表达特性，构建 PeBCH 基因的过量表达载体，并在拟南芥中异位表达，通过对转基因拟南芥植株的表型和生理变化来鉴定 PeBCH 基因的功能。【结果】从毛竹中获得了1个BCH同源基因序列，命名为 PeBCH；该基因的全长1385 bp，编码区为927 bp，编码区对应的基因组序列为1566 bp，包含5个内含子、6个外显子，内含子完全符合 GT-AG剪接原则。PeBCH编码1个308个氨基酸的蛋白， PeBCH蛋白具有BCH家族的特征结构域PD095142和PD011050，存在4个跨膜结构，二级结构含有无规则卷曲、延伸链和α螺旋3种，其中以无规则卷曲覆盖的氨基酸残基最多。组织表达特异性分析表明，PeBCH 基因在毛竹的根、幼茎、叶片、叶鞘、节中均检测到表达，但表达丰度存在着显著差异，其中在叶片中的相对表达丰度最高。不同光照处理影响 PeBCH 基因的表达，随着光强的增大该基因的表达丰度呈现先上升后下降的趋势，其中光强1000μmol·m －2 s －1处理后基因的表达丰度最高，约为对照的1.5倍，但光强1500μmol·m －2 s －1处理后，PeBCH 基因的表达丰度显著下降，仅为对照的5%，明显受到强光的抑制。利用 PeBCH 基因转化拟南芥后，RT-PCR 分析表明PeBCH基因在转基因植株中得到表达；与野生型拟南芥相比，转PeBCH基因拟南芥植株生长健壮，叶绿素、类胡萝卜素、胡萝卜素和叶黄素含量均有所增加；在实验室环境光强(145μmol·m －2s －1)和强光(530μmol·m －2s －1)条件下，转 PeBCH基因植株的 NPQ明显高于野生型植株，二者 NPQ 的稳定值间差异达到极显著水平( P ＜0.01)。【结论】PeBCH在毛竹中为组成型表达，光照处理(＜1000μmol·m －2 s －1)诱导其在叶片中的表达。该基因的过量表达有助于提高转基因植株的热耗散能力，抵抗强光胁迫。该基因将是今后植物抗逆分子育种的重要基因资源之一。
毛竹、β-胡萝卜素羟化酶基因、拟南芥、色素含量、叶绿素荧光参数
S718.46(林业基础科学)
国家自然科学基金;国际竹藤中心基本科研业务费专项
2015-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
共7页
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