林业科学

作者：李慧,王清楠,朱成磊,孙化雨,狄小琳,高志民*

单位：国际竹藤中心竹藤资源基因科学与基因产业化研究所　国家林业和草原局/北京市共建竹藤科学与技术重点实验室　国家以竹代塑创新研究院　北京 100102

关键词：毛竹,Rubisco活化酶基因,亚细胞定位,表达模式,原位基因编辑

基金：国家重点研发计划项目（2021YFD2200502）。

目的: Rubisco活化酶（Rca）作为Rubisco的催化伴侣，具有促进CO2固定的作用。对毛竹、芸香竹和莪莉竹的Rca基因进行全基因组鉴定与系统分析，并聚焦毛竹的PeRca1-β和PeRca2-α基因功能，为解析Rcas在竹子光合作用中的分子机制提供参考。方法: 以水稻中已知的Rca氨基酸序列为诱饵，在毛竹、芸香竹和莪莉竹基因组数据库中进行BLASTP比对，获得不同竹种Rca基因家族成员，并利用生物信息学方法进行系统分析；采用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术对毛竹Rca基因在不同组织以及不同光照环境下叶片中的表达模式进行分析；利用激光共聚焦显微镜观察毛竹Rca的亚细胞定位；基于转录组数据构建毛竹Rca基因的共表达网络；通过双荧光素酶报告（DLR）试验验证转录因子与毛竹Rca基因的调控关系；利用原位基因编辑技术对毛竹Rca基因进行功能研究。结果: 在毛竹、芸香竹和莪莉竹中分别鉴定到3个、3个和2个Rca基因家族成员，其中PeRca3-α和OlaRca2-α具有更长的内含子，且在进化树中PeRca3-α和OlaRca2-α聚类到独立分支，可能分化出新的功能。烟草表皮细胞的亚细胞定位试验证实PeRcas定位于叶绿体。RT-qPCR结果表明，PeRcas在毛竹不同组织中表达水平存在一定差异，且对光照时间和强度的响应能力不同，其中PeRca1-β和PeRca2-α在叶片中表达量较高，且受光照诱导表达，而弱光和黑暗抑制其表达。共表达网络分析发现，PeRca1-β和PeRca2-α均与PeGLK1-1具有较高相关性，DLR证实PeGLK1-1能够与其启动子结合并激活其表达。原位基因编辑后，毛竹叶片中PeRca1-β和PeRca2-α的表达量显著降低，且光合电子传递速率和实际光合量子产量均显著降低。结论: 毛竹和芸香竹中均有3个Rcas成员，莪莉竹中有2个Rcas成员，在进化上呈现高度保守性。PeRcas的表达水平在毛竹绿色组织中较高，且受光照的诱导以及弱光和黑暗的抑制，其中PeRca1-β和PeRca2-α的表达受PeGLK1-1调控。原位基因编辑能够降低毛竹叶片中PeRca1-β和PeRca2-α的表达量，导致光合作用效率和光能利用率下降。研究结果可为揭示竹子Rcas的功能提供依据，对全面解析竹子高效光合固碳的分子机制具有重要参考价值。

来源：2025年第11期

《林业科学》期刊编辑部

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