甘蔗割手密种糖转运蛋白基因SsSWEET11的克隆与功能分析

SWEET蛋白通过调控植物体内糖分的运输、分配、转化和贮藏,广泛参与植物生长发育及响应病原菌胁迫的生理生化过程.为揭示SWEET基因在甘蔗生长发育及其与赤条病菌互作中的生物学功能,本研究基于甘蔗割手密种全长转录组文库和比较基因组学,根据注释 SsSWEET11 基因序列设计特异引物,利用 RT-PCR 技术从甘蔗割手密种cDNA文库中扩增该基因的全长序列,运用多种生物信息工具分析其特征,构建系统进化树;采用不同组织和抗、感赤条病的甘蔗品种分析 SsSWEET11 的表达模式;利用瞬时表达和亚细胞定位分析 SsSWEET11 的功能.结果表明,从甘蔗割手密种克隆获得SsSWEET11 基因(登录...

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Published in作物学报 Vol. 49; no. 9; pp. 2385 - 2397
Main Authors 杜翠翠, 吴明星, 张雅婷, 谢婉婕, 张积森, 王恒波
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室 / 国家甘蔗工程技术研究中心 / 福建农林大学农学院, 福建福州 350002%广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室, 广西南宁 530004 12.09.2023
Subjects
甘蔗
SsSWEET11 gene
SWEET基因
糖转运蛋白
sucrose transporter protein
red stripe pathogen
割手密种
Saccharum spontaneum
基因功能
gene function
赤条病菌
sugarcane
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ISSN0496-3490
DOI10.3724/SP.J.1006.2023.24232

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Abstract SWEET蛋白通过调控植物体内糖分的运输、分配、转化和贮藏,广泛参与植物生长发育及响应病原菌胁迫的生理生化过程.为揭示SWEET基因在甘蔗生长发育及其与赤条病菌互作中的生物学功能,本研究基于甘蔗割手密种全长转录组文库和比较基因组学,根据注释 SsSWEET11 基因序列设计特异引物,利用 RT-PCR 技术从甘蔗割手密种cDNA文库中扩增该基因的全长序列,运用多种生物信息工具分析其特征,构建系统进化树;采用不同组织和抗、感赤条病的甘蔗品种分析 SsSWEET11 的表达模式;利用瞬时表达和亚细胞定位分析 SsSWEET11 的功能.结果表明,从甘蔗割手密种克隆获得SsSWEET11 基因(登录号为OP554214),该基因全长 927 bp,编码 308 个氨基酸残基,具有2 个MtN3_saliva结构域和 7 次跨膜结构域.系统进化树分析显示,SsSWEET11 属于SWEET蛋白家族第Ⅲ亚家族成员,与高粱SbSWEET11 相似性高达 97.41%.qRT-PCR分析表明,ShSWEET11 基因在不同组织中组成型表达,在蔗叶和根中表达量显著高于其他组织;赤条病菌胁迫下,ScSWEET11 基因在抗病品种ROC22 和感病品种MT11-610 中呈现完全不同的表达趋势,与对照相比,抗病品种中该基因的表达量显著下调,而感病品种中,在胁迫 48 h 和 72 h后该基因的表达量显著上调,分别为对照的 5.90 倍和 5.43 倍.亚细胞定位表明,SsSWEET11-GFP融合蛋白定位在质膜上.瞬时过表达SsSWEET11 基因 1 d后,二氨基联苯胺(Diaminobenzidine,DAB)对本氏烟叶片进行染色,叶片颜色没有变化,再接种烟草青枯菌、茄病镰刀菌蓝色变种 7 d后,过表达植株叶片发病比对照组严重,且过敏反应相关基因、茉莉酸和水杨酸代谢途径相关基因呈现上调表达,而乙烯通路相关基因则没有响应,表明 SsSWEET11 基因参与茉莉酸和水杨酸信号传导通路,且病原菌侵染本氏烟草叶片能够诱发过敏反应.研究结果不仅为开发与甘蔗抗赤条病菌性状关联的分子标记提供积累,也为深入解析赤条病侵染甘蔗的分子机制奠定一定的基础.
AbstractList SWEET蛋白通过调控植物体内糖分的运输、分配、转化和贮藏,广泛参与植物生长发育及响应病原菌胁迫的生理生化过程.为揭示SWEET基因在甘蔗生长发育及其与赤条病菌互作中的生物学功能,本研究基于甘蔗割手密种全长转录组文库和比较基因组学,根据注释 SsSWEET11 基因序列设计特异引物,利用 RT-PCR 技术从甘蔗割手密种cDNA文库中扩增该基因的全长序列,运用多种生物信息工具分析其特征,构建系统进化树;采用不同组织和抗、感赤条病的甘蔗品种分析 SsSWEET11 的表达模式;利用瞬时表达和亚细胞定位分析 SsSWEET11 的功能.结果表明,从甘蔗割手密种克隆获得SsSWEET11 基因(登录号为OP554214),该基因全长 927 bp,编码 308 个氨基酸残基,具有2 个MtN3_saliva结构域和 7 次跨膜结构域.系统进化树分析显示,SsSWEET11 属于SWEET蛋白家族第Ⅲ亚家族成员,与高粱SbSWEET11 相似性高达 97.41%.qRT-PCR分析表明,ShSWEET11 基因在不同组织中组成型表达,在蔗叶和根中表达量显著高于其他组织;赤条病菌胁迫下,ScSWEET11 基因在抗病品种ROC22 和感病品种MT11-610 中呈现完全不同的表达趋势,与对照相比,抗病品种中该基因的表达量显著下调,而感病品种中,在胁迫 48 h 和 72 h后该基因的表达量显著上调,分别为对照的 5.90 倍和 5.43 倍.亚细胞定位表明,SsSWEET11-GFP融合蛋白定位在质膜上.瞬时过表达SsSWEET11 基因 1 d后,二氨基联苯胺(Diaminobenzidine,DAB)对本氏烟叶片进行染色,叶片颜色没有变化,再接种烟草青枯菌、茄病镰刀菌蓝色变种 7 d后,过表达植株叶片发病比对照组严重,且过敏反应相关基因、茉莉酸和水杨酸代谢途径相关基因呈现上调表达,而乙烯通路相关基因则没有响应,表明 SsSWEET11 基因参与茉莉酸和水杨酸信号传导通路,且病原菌侵染本氏烟草叶片能够诱发过敏反应.研究结果不仅为开发与甘蔗抗赤条病菌性状关联的分子标记提供积累,也为深入解析赤条病侵染甘蔗的分子机制奠定一定的基础.
Author 张积森
张雅婷
吴明星
王恒波
谢婉婕
杜翠翠
AuthorAffiliation 农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室 / 国家甘蔗工程技术研究中心 / 福建农林大学农学院, 福建福州 350002%广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室, 广西南宁 530004
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Keywords 甘蔗
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Publisher 农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种重点实验室 / 国家甘蔗工程技术研究中心 / 福建农林大学农学院, 福建福州 350002%广西大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室, 广西南宁 530004
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