小麦棉子糖合成酶基因(TaRS)的克隆及特性分析

摘要：

棉子糖(raffinose)作为一种重要的可溶性碳水化合物广泛存在于高等植物中,并且参与植物抵抗各种非生物逆境胁迫.棉子糖合成酶(raffinose synthase,RS,EC2.4.1.82)是催化肌醇半乳糖苷和蔗糖产生棉子糖的关键酶.本研究通过同源比对克隆到了一个小麦(Triticum aestivum)的棉子糖合成酶基因(triticum aestivum raffinose synthse,TaRS),该基因定位于小麦3B染色体上.序列分析显示,TaRS基因具有一个完整的开放阅读框(2 349 bp),包含两个保守模体,即KxD和RxxxD,属于糖苷水解酶超家族GH-D (glycoside hydrolases,clan D).在进化关系上,小麦TaRS蛋白与山羊草(Aegilops tauschii)的棉子糖合成酶XM020298559.1亲缘关系最近(相似度为98.47％).Southern杂交结果表明,TaRS基因在中国春小麦基因组中存在至少4个拷贝.亚细胞定位结果显示,TaRS蛋白定位在小麦叶肉细胞的细胞膜上.对该基因进行组织表达特异性分析发现,TaRS在小麦的根、茎、叶和种子中都有表达,但在叶片中的表达量最高.将TaRS在大肠杆菌(Escherichia coli)中进行异源表达,通过高效液相色谱(high performance liquidchromatography,HPLC)法检测发现,TaRS能够以蔗糖和肌醇半乳糖苷为底物在体外合成棉子糖,并且反应的最适pH在8.0左右.此外,TaRS的表达受到脱水、42℃高温、高盐和4℃低温4种胁迫的诱导,分别于胁迫12、1、l和48 h时表达量达到最大.本研究为进一步利用TaRS基因进行小麦抗逆育种提供了理论依据.

关键词：中国春小麦、基因克隆、棉子糖合成酶、酶活、非生物逆境胁迫

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分类号：S42;Q78(气象灾害及其防御)

资助基金：国家转基因生物新品种培育重大专项2014ZX0800203B和2016ZX08002002-010;陕西省科技攻关项目2014K02-04-05;陕西省科技统筹创新计划2014KTZB02-01-01

在线出版日期：2017-09-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1245-1254