林业科学

作者：朱成磊1,李彩丽2,李晓佩1,史晶晶1,高志民1,*

单位：1. 国际竹藤中心 国家林业和草原局/北京竹藤科学与技术重点开放实验室 北京 1001022. 中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所 北京 100193

关键词：毛竹,微管蛋白基因,分子特征,异位表达

基金：国际竹藤中心基本科研业务费专项资金项目(1632020004);国家自然科学基金项目(31930075)

目的: 微管蛋白是植物细胞骨架的重要组成部分，在植物细胞分裂与生长、细胞形态维持、细胞内物质运输和细胞壁的生物合成等过程中均发挥着重要作用。为全面了解毛竹微管蛋白的分子特征，开展了毛竹微管蛋白全基因组鉴定与分析，并初步研究了PeTUA3基因的功能，以期为揭示微管蛋白在毛竹生长发育过程的作用提供参考依据。方法: 采用生物信息学的方法开展毛竹中微管蛋白基因的全基因组分析，利用转录组数据和实时荧光定量PCR技术分别分析微管蛋白基因的组织表达模式及其随笋高度增加的表达变化，通过在拟南芥中异位表达及表型观察初步研究PeTUA3基因的功能。结果: 在毛竹基因组中共获得18条微管蛋白基因序列，编码蛋白具有完整的保守结构域，蛋白长度为430~634 aa，分子量为48.31~69.89 kDa。在与水稻、拟南芥微管蛋白构建的系统进化树中，被聚类到2个亚家族(TUA和TUB)，且毛竹各微管蛋白成员与水稻的亲缘关系更近，这些基因分别命名为PeTUA1-PeTUA6和PeTUB1-PeTUB12。亚细胞定位预测显示PeTUAs均定位在细胞质中，而PeTUBs均定位于细胞核中。基于转录组数据的基因组织特异性表达分析表明，不同微管蛋白基因在毛竹7个不同组织中的表达量存在着一定的差异，如PeTUA3、PeTUA6、PeTUB2和PeTUB3在各个组织中均有较高的表达，而PeTUA2和PeTUB12在各组织中表达量均较低。实时荧光定量PCR结果显示，随着毛竹笋高度的增加，6个TUA亚家族成员基因的表达均呈现上调趋势，而TUB亚家族成员基因中有8个呈现上调趋势，4个表现为波动变化，表明它们在笋的不同发育阶段可能发挥着不同的作用。在拟南芥中正义表达PeTUA3促进了转基因植株的生长，尤其是对主根的伸长有明显促进作用，而转反义PeTUA3则抑制转基因植株的生长，主根生长明显受到抑制。结论: 从毛竹中鉴定了6个TUA基因和12个TUB基因，各基因的分子特征存在着一定的差异，并且各基因在毛竹不同组织以及不同发育阶段笋中呈现出不同的模式，说明它们在不同组织以及同一组织的不同生长发育阶段可能发挥着不同的功能；过量表达PeTUA3能够影响转基因拟南芥的生长，说明PeTUA3对毛竹的快速生长可能具有重要的作用。

来源：2020年第7期

《林业科学》期刊编辑部

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