林业科学

作者：陈朝黎1,2,余纽1,李荣生1,邹文涛1,董明亮1,朱茂成1,杨锦昌1,*

单位：1. 中国林业科学研究院热带林业研究所 广州 5105202. 南京林业大学 南京 210037

关键词：萜类合成酶基因,表达模式,激素调控,油楠

基金：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金(CAFYBB2018QB003);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金(CAFYBB2017SY023)

目的: 油楠茎部树脂油富含大量倍半萜类化合物，萜类合成酶是萜类化合物生物合成途径中的关键酶之一。对油楠倍半萜合成酶基因SgSTPS3的克隆与表达分析，有利于探明油楠树脂油的形成机制，为解析林木萜类生物合成与代谢调控机制提供新的理论依据。方法: 基于前期油楠转录组数据库，从成熟油楠植株茎部克隆获得油楠倍半萜类合成酶基因SgSTPS3，并对其进行生物信息学分析。利用原核细胞进行诱导表达，GC-MS鉴定其表达产物。通过实时荧光定量PCR分析该基因在油楠不同年龄（0.5、1.5、15、30年）和不同器官（根、韧皮部、木质部、嫩叶、老叶）中的表达特性，以及该基因对不同激素水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）和激素组合SA+MeJA的响应模式。结果: 获得SgSTPS3基因，CDS序列全长1 701 bp，编码566个氨基酸（GenBank登录号：MW345633）。蛋白多序列比对显示SgSTPS3蛋白与苏木亚科古巴香胶树CoTPS3和兰氏香脂树ClTPS3同源性最高，达87.68%。生物化学分析结果表明SgSTPS3蛋白为多功能酶，以法尼基焦磷酸（FPP）为底物时，主要催化产生倍半萜环苜蓿烯、可巴烯及顺式-β-可巴烯，以香叶基焦磷酸（GPP）为底物时，产生单萜芳樟醇。SgSTPS3基因的表达量在不同年龄、不同器官中存在显著差异：同一年龄的各器官，0.5和1.5年生植株根部表达量最高，15和30年生植株韧皮部表达量最高；不同年龄的同一器官，根部表达量随年龄的增大而减小，木质部表达量随年龄增大而增大，30年生植株韧皮部显著高于其他年龄的植株，嫩叶和老叶无明显规律。对2年生油楠幼株叶片进行激素诱导处理，喷施激素SA（50 μmol·L-1）时，该基因在12 h表达量最高，为初始表达量的35.1倍，72 h最低；喷施MeJA（100 μmol·L-1）时，该基因在6 h表达量最高，24 h最低；混合激素SA（50 μmol·L-1）+MeJA（100 μmol·L-1）作用下，SgSTPS3基因表达量变化与对照组趋势接近，诱导效果较差。结论: SgSTPS3为倍半萜类合成酶基因，具有多底物酶催化功能，在幼苗的根部及成年植株的韧皮部表达量较高；不同激素对SgSTPS3基因的调控作用差异显著，SA（50 μmol·L-1）诱导效果最佳，MeJA（100 μmol·L-1）诱导效果次之。

来源：2021年第11期

《林业科学》期刊编辑部

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