紫花苜蓿MsSQE1的克隆及对皂甙合成的功能分析

摘要：

[目的]鲨烯环氧酶(squalene epoxidases,SQE)是苜蓿皂甙合成途径中的一种限速酶,与苜蓿皂甙的合成密切相关.通过对苜蓿鲨烯环氧酶(MsSQE1)基因的克隆及在苜蓿中过表达,探究鲨烯环氧酶对皂甙合成的作用机制.[方法]以模式植物蒺藜苜蓿鲨烯环氧酶基因序列设计引物,同源克隆苜蓿MsSQE1.对MsSQE1进行生物信息学分析;通过基因枪轰击技术,使MsSQE1在洋葱表皮瞬时表达,进行亚细胞定位.利用qRT-PCR方法分析该基因在根、茎、叶中的表达水平,以及在紫外辐射、ABA和GA3条件下的表达模式.在茉莉酸甲酯(MeJA)的诱导下,分析MsSQE1的转录水平,及对苜蓿皂甙含量的影响.利用根癌农杆菌转化体系,获得过表达MsSQE1的阳性转基因植株,并测定转基因植株的皂甙含量.[结果]克隆了MsSQE1的cDNA序列,开放阅读框1578 bp,编码525个氨基酸,等电点为8.59.同源性比对分析,其氨基酸序列与蒺藜苜蓿中SQE1氨基酸序列同源性为98.6％,与拟南芥的同源性为80％.亚细胞定位显示,MsSQE1可能定位于细胞膜.组织特异性表达分析显示,MsSQE1在叶中的表达量最高,茎中次之,根中的表达量最低.在紫外辐射、ABA和GA3的诱导表达显示,紫外辐射诱导24 h,叶中表达量最高;GA3(50μmol·L-1)和ABA(100μmol·L-1)处理,均为8 h叶中表达量最高;MeJA处理能诱导MsSQE1表达量上调的同时苜蓿总皂甙含量也随着MsSQE1表达的上调而增加.分析过表达MsSQE1转基因苜蓿和转空载体苜蓿株系发现,MsSQE1的表达水平和总皂甙含量均升高,其中MsSQE1的表达水平是对照的3.11—9.45倍,总皂甙含量比对照提高14.26％—28.05％,暗示MsSQE1是苜蓿皂甙合成途径中的一种关键调节酶.[结论]从豆科牧草紫花苜蓿中克隆了MsSQE1并进行功能分析.在苜蓿中过表达MsSQE1能增加苜蓿总皂甙含量,暗示MsSQE1的表达影响苜蓿皂甙的生物合成,可能对皂甙的合成有重要的调节作用.

关键词：紫花苜蓿、鲨烯环氧酶基因(MsSQE1)、苜蓿皂甙、实时荧光定量PCR

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资助基金：国家科技部中欧政府间科技合作重点专项2017YFE0111000;中国农业科学院北京畜牧兽医研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目2017ywf-2d-3;中国农业科学院科技创新工程ASTIP-IAS14

在线出版日期：2020-04-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：247-260