梁迪, 楊鳳璽, 葉慶生, 朱根發(fā)*
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墨蘭‘達(dá)摩’原葉綠素酸酯氧化還原酶基因功能的初步研究
梁迪1,2, 楊鳳璽2, 葉慶生1*, 朱根發(fā)1,2*
(1. 華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,廣東省植物發(fā)育生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510631; 2. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所,廣東省園林花卉種質(zhì)創(chuàng)新綜合利用實(shí)驗(yàn)室,廣州 510640)
為了解墨蘭‘達(dá)摩’(‘Dharma’)的基因功能,從其嫩葉中克隆得到基因。的開放閱讀框長度為1 200 bp,編碼399個(gè)氨基酸,CsPORB分子量為43.13 kDa,理論等電點(diǎn)9.30;CsPORB與其他物種的POR蛋白序列高度同源,在進(jìn)化關(guān)系上較為保守;qRT-PCR表達(dá)分析表明,在墨蘭不同發(fā)育階段和不同組織中的表達(dá)有明顯差異,其集中于生長旺盛的嫩葉中表達(dá)。經(jīng)高表達(dá)轉(zhuǎn)基因表型驗(yàn)證,35S:轉(zhuǎn)擬南芥()植株中PORB及其下游葉綠素合成代謝酶活性顯著提高,葉綠素含量增加,尤其在黑暗處理1周后,35S:轉(zhuǎn)基因植株仍表現(xiàn)持綠表型。因此,基因可能在墨蘭‘達(dá)摩’葉綠素合成代謝中發(fā)揮重要作用。
墨蘭;葉綠素;;基因功能
葉綠素是植物光合作用所必需的重要色素, 植物體葉綠素合成代謝失衡會(huì)嚴(yán)重影響其生長發(fā)育[1]。合成途徑中原葉綠素酸酯氧化還原酶(protochloro- phyllide oxidoreductase, NADPH; POR, EC 1.3.1.33)是黃化質(zhì)體膜蛋白的主要組成部分[2]。植物早期階段的前質(zhì)體在黑暗條件下形成黃化質(zhì)體,光照后進(jìn)一步發(fā)育形成葉綠體,在此過程中,POR催化原葉綠素酸酯生成葉綠素酸酯是唯一一步需光的反應(yīng), 只有在光下POR才能催化原葉綠素酸酯D環(huán)雙鍵還原形成葉綠素酸酯a,POR在植物光形態(tài)建成中發(fā)揮重要作用[3–5]。
POR主要以PORA和PORB兩種形式存在被子植物中[3],目前只在擬南芥()中報(bào)道第3種蛋白質(zhì)PORC[6]。研究表明,在水稻()突變體中抑制表達(dá)和擬南芥和雙突變體植株會(huì)黃化致死[2,7],而過表達(dá)可明顯改變轉(zhuǎn)基因植株中葉綠素含量,并對(duì)植物葉綠體的發(fā)育有著重要的調(diào)節(jié)作用[8–11]。
墨蘭‘達(dá)摩’(‘Dharma’)為蘭科(Orchidaceae)蘭屬多年生草本植物,是我國的傳統(tǒng)名貴花卉,其在長期栽培過程中選育出多種葉色變異品種,具有極高的觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。研究表明,不同品種墨蘭的葉片形態(tài)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)和葉色表型差異顯著,墨蘭葉藝性狀與其葉綠素合成代謝和葉綠體發(fā)育特性緊密相關(guān)[12–13]。但到目前為止,墨蘭‘達(dá)摩’葉藝性狀中POR功能的研究尚未見報(bào)道。
本研究中以墨蘭‘達(dá)摩’栽培植株作為試驗(yàn)材料,從其嫩葉中克隆得到葉綠素合成代謝中關(guān)鍵酶基因,并對(duì)其編碼的蛋白進(jìn)行生物信息學(xué)分析,利用qRT-PCR技術(shù)分析其在墨蘭‘達(dá)摩’不同組織和不同發(fā)育時(shí)期表達(dá)量與葉色變異之間的關(guān)系。并通過構(gòu)建35S:轉(zhuǎn)基因擬南芥植株進(jìn)行表型分析,檢測(cè)其葉綠素代謝途徑關(guān)鍵酶活性和葉綠素含量,首次鑒定并初步闡明墨蘭‘達(dá)摩’葉綠素合成途徑中關(guān)鍵酶基因的功能,為深入解析墨蘭‘達(dá)摩’合成代謝途徑及其對(duì)葉色變異的調(diào)控提供前期研究基礎(chǔ)。
試驗(yàn)材料墨蘭‘達(dá)摩’品系(‘Dharma’)選自廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所,挑選長勢(shì)良好的株系,分別采集墨蘭綠葉‘達(dá)摩’(沒有葉藝)根、莖、葉(苗期嫩葉、老葉)、葉芽(1、2和3周),以及墨蘭葉藝‘達(dá)摩’同一葉片的黃、綠色區(qū),所有材料收集后用液氮速凍,保存于–80℃冰箱中待用。
圖1 墨蘭‘達(dá)摩’綠葉(左)和葉藝(右)
選取長勢(shì)相同的12盆墨蘭綠葉‘達(dá)摩’植株,分別黑暗處理0、0.5、1、2、3和4 h后轉(zhuǎn)移至光照下繼續(xù)處理0、0.5、1、2、3、4 h,收集每個(gè)處理的葉片,用液氮速凍,保存于–80℃冰箱中待用。
RNAprep Pure多糖多酚植物總RNA提取試劑盒(DP441)、FastQuant cDNA第1鏈合成試劑盒(去基因組)、瓊脂糖凝膠回收試劑盒(普通離心柱型)、快速質(zhì)粒小提試劑盒(離心柱型)、DH5大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞購于天根生化科技有限公司(北京);Phanta Max DNA Polymerase和ChamQTM SYBR?qPCR Master Mix、GV1301農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞購于維諾贊生物科技有限公司。
利用RNAprep Pure多糖多酚植物總RNA提取試劑盒提取墨蘭總RNA,以總RNA為模板,用Fast- Quant cDNA第1鏈合成試劑盒(去基因組)合成cDNA。根據(jù)GenBank上已登錄的基因(XP_ 020593560.1)保守序列,利用Premier premier 5.0設(shè)計(jì)引物Cs-PCR-F: 5?-TCTCAGAGAGTCCTCCATG- GC-3?, Cs-PCR-R: 5?-GAAGAGCATCGGGCATCA- AG-3?,以墨蘭‘達(dá)摩’嫩葉cDNA為模板,擴(kuò)增基因,反應(yīng)總體系為25L,包含模板cDNA 1.0L,Phanta Max DNA Polymerase 0.5L, 2× Phanta Max buffer 12.5L,dNTP Mix 0.5L,正、反向引物各1L,用ddH2O補(bǔ)足。擴(kuò)增程序?yàn)椋?5℃預(yù)變性5 min;95℃變性30 s,57.5℃退火15 s,72℃延伸1 min,35個(gè)循環(huán);最后72℃延伸10 min,8℃保存。PCR產(chǎn)物在1%的瓊脂糖凝膠上電泳檢測(cè), 對(duì)目的片段進(jìn)行切膠、回收,回收產(chǎn)物與pUM19-Tvector鏈接,轉(zhuǎn)化DH5大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞,菌液PCR,挑選陽性克隆進(jìn)行測(cè)序。
cDNA序列在NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih. gov/)進(jìn)行BLAST搜索和同源性比較,在ExPASy- ProtParam (http://web.expasy.org/protparam/)上分析氨基酸理化性質(zhì),利用DNAMAN (Ver. 7.0)軟件對(duì)PORB同源性較高的氨基酸序列進(jìn)行比對(duì)、親疏水性分析,利用MEGA (Ver. 6.0)軟件進(jìn)行不同物種進(jìn)化樹的構(gòu)建。
根據(jù)基因序列,設(shè)計(jì)qRT-PCR引物,-qPCR-F: 5?-CTGCGAAAGGGAAATGTC- GTG-3?,-qPCR-R: 5?-TCGAGGTGCATGA- TGCTGTAA-3?。以為內(nèi)參基因[14],并設(shè)計(jì)引物: CsACTIN-F: 5?-CAATGAGCTTCGTGTTG- CCC-3?,CsACTIN-R: 5?-GATACGAACCAGTTGT- GCGG-3?。熒光定量PCR擴(kuò)增體系為20L, 根據(jù)ChamQTM SYBR?qPCR Master Mix試劑盒說明書進(jìn)行操作。每個(gè)樣品設(shè)置3次重復(fù),共進(jìn)行3次獨(dú)立試驗(yàn),采用2–△△CT法分析結(jié)果。
超表達(dá)載體的構(gòu)建:根據(jù)基因CDS測(cè)序結(jié)果,設(shè)計(jì)1對(duì)帶有酶切位點(diǎn)的引物:-I-F: 5?-AAAGAGCTCATGGCACTCCAGGCCT- CCT-3?,-I-R: 5?-TCCCCCGGGTCAAG- CCAGGGCGAGCAAC-3?。使用Phanta Max DNA Polymerase高保真酶擴(kuò)增目的片段,表達(dá)載體PC- AM1300經(jīng)改造后,用I/I對(duì)載體和片段進(jìn)行雙酶切、連接,轉(zhuǎn)化DH5大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞,37℃下培養(yǎng)12~16 h,挑選陽性克隆進(jìn)行測(cè)序,根據(jù)測(cè)序結(jié)果,將正確的重組載體轉(zhuǎn)入GV1301農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞中,28℃培養(yǎng)48 h,PCR檢測(cè),篩選陽性克隆。
采用菌液侵染花序方式轉(zhuǎn)化野生型擬南芥(),將收獲的T0代植株在含有40 mg L–1潮霉素的1/2MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)1周左右,篩選陽性植株。挑選T3代長勢(shì)良好的10個(gè)轉(zhuǎn)基因擬南芥株系,以野生型植株為對(duì)照,進(jìn)行熒光定量PCR檢測(cè)分析(用擬南芥為內(nèi)參基因),方法同上。
參照植物酶聯(lián)免疫分析試劑盒,對(duì)35S:轉(zhuǎn)基因擬南芥植株葉片葉綠素合成途徑中關(guān)鍵酶活性進(jìn)行檢測(cè)。采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析,用EXCEL進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和作圖。
以墨蘭‘達(dá)摩’嫩葉cDNA為模板,通過PCR擴(kuò)增得到特異性條帶,經(jīng)測(cè)序后得到長1 200 bp的片段,共編碼399個(gè)氨基酸,編碼的蛋白分子量為43.13 kDa,理論等電點(diǎn)為9.30,編碼的蛋白包含原葉綠素酸酯氧化還原酶(light-dependent protochloro- phyllide erductase, LPOR-like)功能區(qū),屬于經(jīng)典短鏈脫氫酶(classical short chain dehydrogenase, SDR- c-like)亞類群,并含有Rossmann折疊NAD (P)(+)-結(jié)合蛋白(圖2)[14]。
在NCBI數(shù)據(jù)庫中用BLASTp檢索CsPORB和擬南芥()、水稻()、煙草()和小麥()等物種POR序列的相似性(圖3),結(jié)果表明,墨蘭‘達(dá)摩’ CsPORB與4種植物的POR有極高的相似性, 同源性分別為73%、74%、73%和74%,都含有高度保守的典型輔因子NADPH結(jié)合位點(diǎn)(TGASSG- LG)和活性位點(diǎn)(YK2DSK)[15]。因此,CsPORB屬于POR類蛋白家族。
進(jìn)一步研究CsPORB與POR蛋白家族的進(jìn)化關(guān)系,利用MEGA (Version 6.0)軟件,采用鄰接法(Neighbour-joining)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,Bootstarp校正值設(shè)置為1 000,從圖4可見,墨蘭‘達(dá)摩’CsPORB蛋白與單子葉植物鳳梨()、鐵皮石斛()、蝴蝶蘭()的POR蛋白親緣關(guān)系最近,聚為PORB類,與禾本科植物的PORA相距較遠(yuǎn),與雙子葉植物擬南芥的3種類型POR分離,初步推測(cè)CsPORB屬于PORB類蛋白家族。
圖2 墨蘭‘達(dá)摩’CsPORB核苷酸序列和推測(cè)的氨基酸序列。劃線部分為POR保守結(jié)構(gòu)域。
圖3 CsPORB與其他物種的POR序列的多重比對(duì)。方框?yàn)楦叨缺J氐腘ADPH結(jié)合位點(diǎn)(TGASSGLG)和活性位點(diǎn)(YKDSK)。CsPOR: 墨蘭; AtPOR:擬南芥; OsPOR: 水稻; NtPOR: 煙草; TaPOR: 小麥。
圖4 CsPORB與其他物種的POR系統(tǒng)進(jìn)化樹。CsPOR: 墨蘭; AcPOR: 鳳梨; ZmPOR: 玉米; HvPOR: 大麥; AtPOR: 擬南芥; OsPOR: 水稻; NtPOR: 煙草; TaPOR: 小麥; RsPOR: 蘿卜; PePOR: 蝴蝶蘭; DcPOR: 鐵皮石斛; SbPOR: 高粱。
結(jié)果表明(圖5),在不同組織的表達(dá)水平差異明顯,在根和莖中表達(dá)量偏低,在葉片有較高表達(dá);在葉芽生長發(fā)育的不同時(shí)期表達(dá)模式各不相同,在生長1周的葉芽中表達(dá)量最低, 隨葉芽發(fā)育表達(dá)量逐漸升高,且在生長旺盛的嫩葉中表達(dá)量達(dá)到最高,在老葉中又下降。同時(shí),的表達(dá)量在同一片葉的綠色區(qū)顯著高于黃色區(qū),說明基因在墨蘭‘達(dá)摩’的葉綠素生物合成過程中有重要調(diào)節(jié)作用。
基因家族成員對(duì)光照響應(yīng)有差異,從而發(fā)揮不同的生物學(xué)功能。結(jié)果表明(圖6),黑暗處理0~4 h的表達(dá)并無顯著變化。而在黑暗處理4 h后移至光下,在光0~1 h的表達(dá)瞬時(shí)增加,隨后隨著光照時(shí)間的延長表達(dá)逐漸下降, 并在復(fù)光4 h后表達(dá)量基本恢復(fù)至處理前水平,說明可能受光強(qiáng)調(diào)控。
超表達(dá)植株驗(yàn)證 將PCAM1300:載體轉(zhuǎn)入擬南芥植株中,在獲得的陽性苗中隨機(jī)選取10株進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)(圖7)。結(jié)果表明,野生型中無法檢測(cè)到表達(dá), 10株轉(zhuǎn)基因株系中表達(dá)量有顯著提高(5~140倍),說明已獲得35S:轉(zhuǎn)基因擬南芥植株。
表型變化 挑選3個(gè)轉(zhuǎn)基因株系,表達(dá)量依次為line 2>line 7>line 5,這些植株的葉綠素a (Chl a)、葉綠素b (Chl b)、總?cè)~綠素(Chl a+b)和總類胡蘿卜素(TCC)含量均高于野生型。經(jīng)黑暗處理1周后,野生型的Chl a、Chl b、Chl a+b和TCC含量明顯降低,而這些超表達(dá)植株下降的較少(表1)。從表型上看野生型和超表達(dá)植株葉片出現(xiàn)葉色變黃現(xiàn)象,且野生型株系變黃現(xiàn)象更為嚴(yán)重(圖8);在轉(zhuǎn)基因株系中,表達(dá)量低的株系比表達(dá)量高的株系變黃現(xiàn)象嚴(yán)重。這表明黑暗處理影響了擬南芥超表達(dá)植株葉綠素降解的進(jìn)程,基因是通過提高POR活性來促進(jìn)葉綠素的合成,使得植株中葉綠素含量增加,從而使黑暗處理的超表達(dá)植株中葉綠素的減少量要低于對(duì)照。
圖5 CsPORB在墨蘭‘達(dá)摩’組織中的表達(dá)
圖6 光照處理對(duì)墨蘭‘達(dá)摩’ CsPORB表達(dá)的影響
表1 黑暗處理對(duì)CsPORB超表達(dá)植株的光合色素含量的影響
同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異顯著(<0.05)。WT: 野生型。
Data followed different letters within column indicate significant difference at 0.05 level. WT: Wild type.
關(guān)鍵酶活性變化 選取35S:轉(zhuǎn)基因株系中表達(dá)量最高的line 2,對(duì)其葉片葉綠素合成代謝途徑中14種關(guān)鍵酶活性進(jìn)行了檢測(cè)(圖9)。結(jié)果表明,超表達(dá)植株葉綠素合成代謝途徑中的POR活性比野生型植株明顯增高,在POR參與反應(yīng)前的階段中,BDPG (膽色素原脫氨酶, hydro- xymethylbilane synthase)顯著降低,CPD (糞卟啉原氧化脫羧酶, coproporphyrinogen oxidative decarbo-xylase)明顯增高。而在POR參與反應(yīng)后的階段, 各關(guān)鍵酶活性都相應(yīng)增高,尤其以POR和MDCase (脫鎂螯合酶, Mg chelatase)增高顯著。這說明超表達(dá)基因提高了擬南芥葉綠素合成代謝途徑中的POR活性,并且參與葉綠素合成途徑的調(diào)節(jié)。
圖7 CsPORB超表達(dá)株系中CsPORB的表達(dá)。CK: 野生型。
圖8 CsPORB超表達(dá)植株黑暗處理后的表型。WT: 野生型。
光在植物生長發(fā)育過程中具有重要作用[16], 不僅為植物的光合作用提供能源,還參與植物生長的一系列生理生化反應(yīng)。在植物葉綠素合成途徑中, POR對(duì)光信號(hào)十分敏感[17]。Sakuraba等[18]的研究表明,水稻表達(dá)受光抑制,主要在葉發(fā)育的早期階段發(fā)揮功能;在整個(gè)葉片發(fā)育中表達(dá)相對(duì)穩(wěn)定,特別在高光條件下,它是光依賴葉綠素合成途徑的關(guān)鍵因子,類似于擬南芥中和的表達(dá)模式,并與葉綠體合成途徑有一定聯(lián)系,可見POR蛋白作為葉綠素合成代謝途徑中的最關(guān)鍵酶之一,對(duì)植物生長發(fā)育有重要作用。
本研究從墨蘭‘達(dá)摩’品系中克隆得到葉綠素合成關(guān)鍵酶基因,其編碼蛋白CsPORB與鐵皮石斛、鳳梨等物種的PORB同源性較近, 且與POR蛋白類似,有高度保守結(jié)構(gòu)域,初步推測(cè)CsPORB屬于PORB蛋白家族。表達(dá)模式分析表明,表達(dá)量隨墨蘭‘達(dá)摩’葉芽的生長逐漸升高,在嫩葉中達(dá)到頂峰,而老葉中明顯降低;在暗處理4 h后再見光表達(dá)量顯著上升,并在隨后的4 h內(nèi)逐漸降至正常水平,這與Runge等[19]和Holtorf等[20]的研究結(jié)果一致,即伴隨葉片發(fā)育的整個(gè)過程,且其表達(dá)有可能受光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)。對(duì)比墨蘭葉藝‘達(dá)摩’葉片的綠色、黃色區(qū)表達(dá)量,綠色區(qū)的表達(dá)均高于黃色區(qū), 推測(cè)墨蘭‘達(dá)摩’葉色變異可能是由于發(fā)生突變或者是其表達(dá)量發(fā)生變化造成的。在模式植物擬南芥中高表達(dá)后,明顯提高植物的葉綠素含量,同時(shí), 超表達(dá)植株的POR活性明顯增高,且POR參與反應(yīng)后的階段中各關(guān)鍵酶活性都相應(yīng)增高,但合成途徑早期的BDPG卻有所降低,表明在不同物種間功能高度保守且與葉綠素合成代謝途徑存在反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。
圖9 CsPORB超表達(dá)植株葉綠素合成代謝關(guān)鍵酶活性。BDPG: 膽色素原脫氨酶; UROS: 尿卟啉III合酶; UROD: 尿卟啉原脫羧酶; CPD: 糞卟啉原氧化脫羧酶; PPOX: 原卟啉原氧化酶; PPIXM: 鎂原卟啉Ⅸ甲基轉(zhuǎn)移酶; DLR: 二乙烯還原酶; POR: 原葉綠素酸酯氧化還原酶; CS: 葉綠素合成酶; CLH: 葉綠素酶; CAO: 葉綠素酸酯a氧化酶; MDCase: 脫鎂螯合酶; PAO: 脫鎂葉綠酸a氧化酶; RCCR: 紅色葉綠素降解產(chǎn)物還原酶。
[1] Wu Z M, Zhang X, He B, et al. A chlorophyll-deficient rice mutant with impaired chlorophyllide esterification in chlorophyll biosynthesis [J]. Plant Physiol, 2007, 145(1): 29–40. doi: 10.1104/ pp.107.100321.
[2] Masuda T, Fusada N, Oosawa N, et al. Functional analysis of isoforms of NADPH: Protochlorophyllide oxidoreductase (POR), PORB and PORC, in[J]. Plant Cell Physiol, 2003, 44 (10): 963–974. doi:10.1093/pcp/pcg128.
[3] Reinbothe S, Reinbothe C, Lebedev N, et al. PORA and PORB,twolight-dependent protochlorophyllide-reducing enzymes of angiosperm chlorophyll biosynthesis [J]. Plant Cell, 1996, 8(5): 763– 769. doi:10.1105/tpc.8.5.763.
[4] Masuda T, Takamiya K I. Novel insights into the enzymology, regulation and physiological functions of light-dependent protochloro- phyllide oxidoreductase in angiosperms [J]. Photosynth Res, 2004, 81 (1): 1–29. doi:10.1023/B:PRES.0000028392.80354.7c.
[5] Dahlin C, Aronsson H, Almkvist J, et al. Protochlorophyllide- independent import of two NADPH: Pchlide oxidoreductase proteins (PORA and PORB) from barley into isolated plastids [J]. Physiol Plant, 2000, 109(3): 298–303. doi:10.1034/j.1399-3054.2000.100311.x.
[6] Su Q X, Frick G, Armstrong G, et al. POR C of: A third light- and NADPH-dependent protochlorophyllide oxidoreductase that is differentially regulated by light [J]. Plant Mol Biol, 2001, 47(6): 805–813. doi:10.1023/A:1013699721301.
[7] Frick G, Su Q, Apel K, et al. Andouble mutant lacking light-dependent NADPH: Protochlorophyllide oxidore- ductases B and C is highly chlorophyll-deficient and developmentally arrested [J]. Plant J, 2010, 35(2): 141–153. doi:10.1046/j.1365-313X. 2003.01798.x.
[8] Sperling U, van Cleve B, Frick G, et al. Overexpression of light-dependent PORA or PORB in plants depleted of endogenous POR by far-red light enhances seedling survival in white light and protects against photooxidative damage [J]. Plant J, 2010, 12(3): 649–658. doi:10.1046/j.1365-313X.1997.00649.x.
[9] Paddock T N, Mason M E, Lima D F, et al.protochlorophyllide oxidoreductase A (PORA) restores bulk chloro- phyll synthesis and normal development to adouble mutant [J]. Plant Mol Biol, 2010, 72(4/5): 445–457. doi:10.1007/s11103-009- 9582-y.
[10] WU W J, Elsheery N, WEI Q, et al. Defective etioplasts observed in variegation mutants may reveal the light-independent regulation of white/yellow sectors of Arabidopsis leaves [J]. J Integr Plant Biol, 2011, 53(11): 846–857. doi:10.1111/j.1744-7909.2011.01079.x.
[11] Gao X L, LI S J, Shao J F, et al. Preliminary study on isolation, mapping, and function of NADPH: Protochlorophyllide oxidoreductase () gene in rice () [J]. Plant Physiol J, 2015, 51(6): 860–868. doi:10.13592/j.cnki.ppj.2015.0105.高小麗, 李素娟, 邵健豐, 等. 水稻基因的分離、定位與功能的初步研究[J]. 植物生理學(xué)報(bào), 2015, 51(6): 860–868. doi:10. 13592/j.cnki.ppj.2015.0105.
[12] Zhu G F, Yang F X, Shi S S, et al. Transcriptome characterization of‘Dharma’ using 454 pyrosequencing and its appli- cation in the identification of genes associated with leaf color variation [J]. PLoS One, 2015, 10(6): e0128592. doi:10.1371/journal.pone.0128592.
[13] XU Q Q, YANG F X, YE Q S, et al. Comparison of photosynthetic pigments content, chlorophyll fluorescence kinetics parameters and chloroplast ultrastructure of leaf mutant cultivars of‘Damo’ [J]. Chin J Trop Crops, 2017, 38(7): 1210–1215. doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.07.006.許慶全, 楊鳳璽, 葉慶生, 等. 墨蘭‘達(dá)摩’葉藝品系光合色素含量、葉綠素?zé)晒馓匦院腿~綠體超微結(jié)構(gòu)的比較 [J]. 熱帶作物學(xué)報(bào), 2017, 38(7): 1210–1215. doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.07.006.
[14] JIANG K Y. Cloning and functional analysis of key genes involved in chlorophyll biosynthetic pathway incv. Akebobosuji [D]. Hangzhou: Zhejiang Agricultural & Forest University, 2013: 44–55. 姜可以. 花葉矢竹葉綠素生物合成關(guān)鍵基因和的克隆與功能分析[D]. 杭州: 浙江農(nóng)林大學(xué), 2013: 44–55.
[15] Gabruk M, Stecka A, Strza?ka W, et al. Photoactive proto- chlorophyllide-enzyme complexes reconstituted with PORA, PORB and PORC proteins of: Fluorescence and catalytic properties[J]. PLoS One, 2015, 10(2): e0116990. doi:10.1371/journal.pone.011 6990.
[16] Li H M, Culligan K, Dixon R A, et al.: A mesophyll cell- specific positive regulator of light-controlled gene expression in[J]. Plant Cell, 1995, 7(10): 1599–1610. doi:10.1105/tpc.7.10.1599.
[17] Armstrong G A, Runge S, Frick G, et al. Identification of NADPH: Protochlorophyllide oxidoreductases A and B: A branched pathway for light-dependent chlorophyll biosynthesis in[J]. Plant Physiol, 1995, 108(4): 1505–1517. doi:10.1104/pp. 108.4.1505.
[18] Sakuraba Y, Rahman M L, CHO S H, et al. The ricelocus encodes protochlorophyllide oxidoreductase B and is essential for chlorophyll synthesis under high light conditions [J]. Plant J, 2013, 74(1): 122–133. doi:10.1111/tpj.12110.
[19] Runge S, Sperling U, Frick G, et al. Distinct roles for light- dependent NADPH: Protochlorophyllide oxidoreductases (POR) A and B during greening in higher plants [J]. Plant J, 2010, 9(4): 513–523. doi:10.1046/j.1365-313X.1996.09040513.x.
[20] Holtorf H, Reinbothe S, Reinbothe C, et al. Two routes of chlorophyllide synthesis that are differentially regulated by light in barley (L.) [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1995, 92(8): 3254–3258. doi:10.1073/pnas.92.8.3254.
Preliminary Study on the Function of NADPH: Protochlorophyllide Oxidoreductase () Gene in‘Dharma’
Liang Di1,2, Yang Fen-xi2, Ye Qing-sheng1*, Zhu Gen-fa1,2*
(1. School of Life Sciences, South China Normal University, Guangdong Provincial Key Laboratory of Biotechnology for Plant Development,Guangzhou 510631, China; 2. Enviromental Horticulture Research Institute, Guangdong Key Laboratory of Ornamental Plant Germplasm Innovation and Utilization, Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Guangzhou 510640, China)
In order to understand the function ofgene in‘Dharma’, onegene family memberwas cloned from young leaves. Thegene contained an open reading frame of 1200 bp, which encoded a protein of 399 amino acids with molecular weight of 43.13 kDa and theoretical isoelectric point of 9.30. Sequence alignment showed that CsPORB was highly homologous to the sequence of POR family protein of other species, indicating conservative evolution of this gene family. Theexpression showed obviously difference in different developmental stages and tissues, and high expression in growing young leaves. Furthermore, both of the PORB and its downstream chlorophyll biosynthesis enzyme activity increased in transgenic 35S:, as well as chlorophyll content, especially 35S:transgenic plants remained green under dark for one week. Therefore,could play an important roles in chlorophyll synthesis pathway of‘Dharma’.
; Chlorophyll;;Gene function
10.11926/jtsb.3957
2018–05–08
2018–07–20
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31471915);廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系花卉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席專家項(xiàng)目(2016LM1095, 2017LM1095); 廣東省農(nóng)科院學(xué)科團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(201612TD);廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所創(chuàng)新能力建設(shè)項(xiàng)目(2017A070702008)資助
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 31471915), and the Project for Chief Expert in Flower Innovation Team of Modern Agricultural Industry Technology System in Guangdong Province (Grant No. 2016LM1095, 2017LM1095), the Project for Discipline Team Construction of Guangdong Academy of Agricultural Sciences (Grant No. 201612TD); and the Project for Research Innovation Capacity Building of Guangdong Academy of Agricultural Sciences Environmental Horticulture Institute (Grant No. 2017A070702008).
梁迪,碩士,研究方向,植物生長發(fā)育的分子調(diào)控。E-mail:3029713631@qq.com
通信作者 Corresponding author.E-mail: ye-lab@scnu.edu.cn, genfazhu@163.com