趙逸清,劉政均,張?zhí)秭?,趙彥婷,肖斌,高岳芳*
茶樹基因的克隆及其在不同葉色白化茶樹中的表達分析
趙逸清1,劉政均1,張?zhí)秭?,趙彥婷1,肖斌1,高岳芳1*
1.西北農林科技大學園藝學院,陜西 楊凌 712100;2.西北農林科技大學生命科學學院,陜西 楊凌 712100
鎂離子螯合酶是葉綠素合成過程中的關鍵酶之一,與植物葉色的白化現象密切相關。以陜茶1號、白葉1號、極白1號、黃金芽和黃金葉等5個茶樹品種葉片為試驗材料,分別克隆其鎂離子螯合酶I亞基(Mg-chelatase I subunit,CHLI)編碼基因全長CDS序列。多序列比對顯示,白葉1號中兩個堿基差異位點(G502C,C1169T)導致在AAA+和AAA lid結構域中有2個氨基酸殘基發(fā)生改變(G168R,A390V),黃金葉中1個堿基差異位點(G1202A)導致在AAA lid結構域中有1個氨基酸殘基發(fā)生改變(R401H)。亞細胞定位結果顯示,CsCHLI定位于葉綠體中,堿基或氨基酸殘基的差異并不影響其亞細胞定位。RNA二級結構分析表明,堿基位點突變會影響的莖環(huán)結構和二級結構的穩(wěn)定性。與陜茶1號相比,不同葉色白化茶樹品種中總葉綠素含量分別為陜茶1號的25%~77%,基因表達量分別為陜茶1號的24%~46%。結果表明,茶樹中的基因表達與葉綠素含量呈正相關。這些結果將為深入研究在茶樹葉綠素代謝中的功能以及茶樹葉色突變的作用機理提供試驗證據。
茶樹;;亞細胞定位;RNA二級結構;葉綠素含量
葉綠素(Chlorophylls)是植物進行光合作用的主要色素,葉綠素生物合成代謝中任何一個基因的突變或缺失都會使植株呈現不同程度的葉色變異。近年來,在擬南芥[1]、水稻[2]、玉米[3]、黃瓜[4]、大豆[5]等多種植物中均有葉色突變體的研究報道。通常情況下,葉色突變會使植株發(fā)育遲緩、生長勢減弱、生物量和產量降低,甚至導致植株死亡。但在茶樹中,不同白化程度的特異葉色突變體均具有高含量的茶氨酸和特異的外形,經濟價值更高[6-8]。因此,研究茶樹葉色特異突變體,在茶樹葉色調控機理、葉片發(fā)育、茶樹光合作用和次生代謝等研究中均有重要的理論價值。
鎂離子螯合酶(Magnesium chelatase,Mg-chelatase)是葉綠素生物合成途徑分支中的關鍵酶,在依賴ATP的條件下,催化原卟啉IX與Mg2+螯合形成鎂原卟啉IX[9]。Mg-chelatase至少由3個亞基組成,分別為I亞基(ChlI)、D亞基(ChlD)和H亞基(ChlH)。I亞基定位于葉綠體中,屬于AAA+(ATPases associated with various cellular activities)超家族,能夠結合和水解ATP為鎂離子螯合反應提供能量[10]。在擬南芥、小麥、大豆、黃瓜、水稻、銀杏等物種中均有關于基因的突變導致其葉綠素合成受阻,從而呈現出白化的表型[4,11-15]。擬南芥中存在2個同源基因,任何基因的缺失均能使植株表現出黃色白化表型,而純和的雙突變體則是白化致死表型[11]。Wang等[12]研究表明,小麥中單核苷酸突變(G664A),使其葉綠素含量及其前體物質原卟啉IX和鎂原卟啉IX的積累顯著減少,并呈現出明顯的淡綠色表型。Du等[13]研究表明,大豆基因中1個單堿基錯義突變(G1709A),使Gmcd1與GmCHLI1 a/b的相互作用降低,致使葉綠素生物合成受到抑制。Gao等[4]在黃瓜EMS誘變中發(fā)現1個穩(wěn)定遺傳的黃葉突變體,圖位克隆結果表明,是由于黃瓜基因中單核苷酸突變(G1757A)造成的。Zhang等[14]在水稻的研究中發(fā)現,由于單堿基突變(G529C)造成AAA+結構域中氨基酸殘基改變(G177R),致使OsCHLI不能與OsCHLD互作,從而引發(fā)表型白化。上述研究結果均表明,在不同物種中,鎂離子螯合酶I亞基在葉綠素生物合成中均是必不可少的,但目前茶樹中尚未見基因的研究和報道。
本研究以綠色茶樹品種陜茶1號,白化白色系茶樹品種白葉1號和極白1號,白化黃色系茶樹品種黃金芽和黃金葉為材料,分別克隆了這5個品種中的全長編碼序列(Coding sequence,CDS),對它們的堿基序列差異、編碼氨基酸的理化性質和保守結構域進行分析,構建不同物種中CHLI的進化樹,分析其親緣和進化關系;同時,研究了它們的亞細胞定位、RNA二級結構,并分析了葉綠素含量與基因表達量的關系,以期為深入研究在茶樹葉色突變中的功能和作用機制提供技術參考和理論依據。
試驗材料為綠色茶樹品種陜茶1號,白化白色系茶樹品種白葉1號和極白1號,白化黃色系茶樹品種黃金芽和黃金葉的兩年生扦插盆栽茶苗,種植于西北農林科技大學科研溫室,培養(yǎng)條件為白天25℃,晚上22℃,自然光照。于2019年9月15日,分別取芽下第一葉,液氮冷凍,置于–80℃冰箱保存,用于RNA提取和葉綠素含量測定。
1.2.1 總RNA提取和cDNA合成
采用CTAB法提取茶樹葉片的總RNA[16],使用Nanodrop ND 2000(Thermo Scientific,美國)微量紫外分光光度計檢測總RNA濃度,利用1.2%凝膠電泳檢測RNA完整性。按照5×All-In-One RT Master Mix(ABM生物科技有限公司,加拿大)試劑盒,將總RNA反轉錄為cDNA,置于–20℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.2基因克隆
依據安徽農業(yè)大學茶樹基因組數據(http://tpia.teaplant.org)[17]中CsCHLI的編碼序列TEA018733.1,根據序列特征在開放閱讀框兩端設計特異引物(5'-CCAACTAGTGGTAAATACCTCGTAAAATTTCTCA-3')和(5'-CGTCCATGGCCAGTGTTCTCGGAA-3')。PCR擴增體系為40?μL,包括2×Phanta Max Master Mix酶20?μL,ddH2O 15?μL,模板cDNA 1?μL以及引物與各2?μL。反應條件為預變性95℃3?min;循環(huán)反應95℃ 30?s,56℃ 30?s,72℃ 1?min,35個循環(huán);72℃延伸5?min。PCR產物經1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測后,利用PCR純化試劑盒(OMEGA,美國)回收目的片段。目的片段和植物表達載體3302Y(實驗室自備)分別經NcoI和SpeI限制性內切酶(TAKARA,大連)雙酶切,用T4連接酶(TAKARA,大連)連接至3302Y載體上,后轉化至大腸桿菌,挑取陽性單克隆送生工生物工程股份有限公司(上海)測序。
1.2.3 CsCHLI生物信息學分析
利用NCBI網站(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)對CsCHLI進行保守結構域分析。在NCBI網站下載24個物種的CHLI全長蛋白質序列,采用Geneious 9.0軟件進行多序列比對與進化樹的構建。采用在線工具ExPASy-ProtParam(http://web.expasy.org/protparam)進行氨基酸組成及理化性質分析。采用在線工具TargetP-2.0(http://www.cbs.dtu.dk/services/TargetP)進行信號肽分析和亞細胞定位預測。采用在線工具The mfold Web Server (http://unafold.rna.albany.edu/?q=mfold)進行5個茶樹品種的RNA二級結構預測。
1.2.4 CsCHLI亞細胞定位
將去除終止密碼子的連接到帶有EYFP的3302Y植物表達載體上,構建融合表達載體35?S::CsCHLI::EYFP。以空白載體35S::EYFP為陰性對照,采用熱激法將空白載體與融合表達載體分別轉化至根癌農桿菌GV3101中。將轉化后GV3101菌液培養(yǎng)至適宜濃度(OD值1.0),3?500?r·min-1離心5?min,收集菌體,用重懸液(0.5?mol·L-1MES 200?μL,1?mol·L-1MgCl2100?μL,100?mmol·L-1乙酰丁香酮10?μL,ddH2O定容至10?mL)重懸菌體至OD值0.6~0.8,重懸菌液避光3?h后,采用無針頭的一次性無菌注射器將菌液從下表皮緩慢注射入本氏煙草葉片中,培養(yǎng)48?h后,利用激光共聚焦顯微鏡(Leica,德國)觀察、拍照,并記錄結果。
1.2.5 葉綠素含量測定
參照向芬等[18]葉綠素測定方法,用95%乙醇提取茶樹葉片葉綠素,分別測定提取液在波長665?nm與649?nm下的吸光值。使用Wellburn等[19]的公式計算葉綠素a和葉綠素b的含量,每個樣品進行3次生物學重復。采用SAS軟件進行數理統(tǒng)計與方差分析,利用Prism 8繪制圖表,試驗數值以3次重復的平均值±標準差(Mean±SD)表示。
1.2.6基因表達量分析
為探究在不同葉色白化茶樹品種中其堿基序列是否存在差異,分別以陜茶1號、白葉1號、極白1號、黃金芽和黃金葉cDNA為模板,使用特異引物和進行PCR擴增,結果如圖1-A所示。將目的片段純化、酶切并連接至3302Y載體中,選取陽性單克隆測序,獲得各茶樹品種的CDS序列。測序結果表明,陜茶1號、白葉1號和極白1號的的CDS序列長度均為1?275?bp,編碼424個氨基酸;與陜茶1號的CDS序列相比,黃金芽的堿基序列發(fā)生6個堿基的缺失,CDS長度為1?269?bp,編碼422個氨基酸;黃金葉的全長CDS序列發(fā)生3個堿基的插入,長度1?278?bp,編碼425個氨基酸。此外,5個不同葉色茶樹品種的全長CDS序列存在多處堿基差異(圖1-B)。
大多數基因最終是以蛋白質的形式行使功能,為探究不同葉色茶樹品種基因中其堿基序列的差異是否會對其蛋白質序列造成影響。采用ExPASy對不同葉色茶樹CsCHLI的CDS序列進行翻譯,并利用Geneious 9.0軟件對各CsCHLI氨基酸序列和安徽農業(yè)大學舒茶早CsCHLI(TEA018733.1)編碼的蛋白質序列進行多序列比對。結果如圖2所示,氨基酸序列分析顯示1—64為葉綠體轉運肽,95—291屬于AAA+結構域(Pssm-ID 99707)和351—419屬于AAA lid結構域(Pssm-ID 380038)。P18S與Q28H兩個殘基差異位點只在陜茶1號中存在,屬于陜茶1號與其他品種的差異。除此之外,與陜茶1號相比,在功能結構域中,不同葉色白化茶樹品種中CsCHLI氨基酸殘基差異分別為白葉1號2個位點(G168R和A390V),分別屬于AAA+結構域和AAA lid結構域、黃金芽2個氨基酸殘基缺失(YG43-44)、黃金葉1個位點(R401H)屬于AAA lid結構域,以及1個氨基酸殘基插入(17?S)。
為進一步分析CHLI蛋白質的功能,利用ExPASy-ProtParam在線工具分析對茶樹、獼猴桃、咖啡、煙草、馬鈴薯和番茄等物種的CHLI蛋白質個數、相對分子量、組成成分和理化性質進行分析。結果如表1所示,在該6個物種中CHLI氨基酸個數為422~429,相對分子量為46.25~46.81?kDa。理論等電點為5.55~6.10,堿性氨基酸占比12.47%~12.97%,酸性氨基酸占比13.55%~14.45%,脂肪族氨基酸占比22.28%~23.00%,芳香族氨基酸占比4.26%~4.67%,總平均疏水性–0.258~–0.197。由表1可知,不同物種中CHLI蛋白質的個數和理化性質相似度很高,表明CHLI的功能在不同物種中高度保守。
注:M:DNA marker,1:陜茶1號,2:白葉1號,3:極白1號,4:黃金芽,5:黃金葉。...:相同堿基,---:缺失堿基,不同色塊表明堿基差異
Note: M: DNA Marker, 1: Shaancha 1, 2: Baiye 1, 3: Jibai 1, 4: Huangjinya, 5: Huangjinye....: same bases.---: missing bases.Different color blocks indicate base difference
圖1基因PCR擴增結果(A)和序列差異位點(B)
Fig.1 PCR amplifications (A) and differenct gene sequences (B) of
為探究茶樹CsCHLI與其他物種的親緣及進化關系,在NCBI網站中,分別從藻類、苔蘚、蕨類、單子葉植物和雙子葉植物中共選取24個物種的CHLI氨基酸序列與5個不同葉色的茶樹CsCHLI氨基酸序列構建進化樹(圖3-A)。結果表明,藻類、苔蘚和蕨類植物中CHLI的親緣關系較近,分布在同一個分支中;單子葉植物水稻、高粱、小米中CHLI的親緣關系較近;茶樹CsCHLI與獼猴桃親緣關系最近,與咖啡、煙草、馬鈴薯、番茄等次之。圖3-B為不同物種CHLI對應的氨基酸序列,其中黑色表示該區(qū)域在不同物種中相同的氨基酸殘基,灰白色則指示該區(qū)域存在氨基酸殘基差異。藍色與橙色方框分別為NCBI中顯示的AAA+結構域和AAA lid結構域。從圖3-B可以看出,不同物種中AAA+和AAA lid兩個結構域保守性較強。
注:黑色線條指示葉綠體轉運肽。藍色方框區(qū)域指示AAA+結構域,橙色方框區(qū)域指示AAA lid結構域
Note: The black line indicates the chloroplast transit peptide.The blue box indicates the AAA+ domain, the orange box indicates the AAA lid domain
圖2 茶樹CsCHLI氨基酸序列比對
Fig.2 Alignment of amino acid sequences of CsCHLI in tea plants
表1 CHLI氨基酸組成成分及理化性質分析
注:藍色方框區(qū)域指示AAA+結構域,橙色方框區(qū)域指示AAA lid結構域
Note: The blue box indicates the AAA+ domain, the orange box indicates the AAA lid domain
圖3 CHLI進化樹分析(A)和氨基酸序列比對(B)
Fig.3 Phylogenetic tree analysis (A) and alignment of amino acid sequences (B) of CHLI
用激光掃描共聚焦顯微鏡觀察亞細胞定位(圖4),以空載體35S::EYFP為對照的煙草葉片細胞中,YFP黃色熒光在細胞質和質膜上均有分布;而轉化不同葉色茶樹品種構建的35S::CsCHLI::EYFP融合表達載體的煙草葉片細胞中,YFP黃色熒光與葉綠體自發(fā)紅色熒光重合,表明茶樹CsCHLI定位在葉綠體中。此外,不同葉色茶樹品種35S::CsCHLI::EYFP融合蛋白均定位在葉綠體上,表明5個不同葉色茶樹品種中CsCHLI個別堿基或氨基酸殘基的差異并不影響其亞細胞定位。
為探究不同葉色白化茶樹品種中堿基差異對RNA穩(wěn)定性的影響,利用在線工具The mfold Web Server對5個茶樹品種的序列進行RNA二級結構預測分析。與陜茶1號相比(圖5-A),白葉1號中存在7處堿基差異,莖環(huán)結構較多,ΔG=–340.65?kkal·mol-1高于陜茶1號ΔG=–346.93?kkal·mol-1(圖5-B);極白1號中存在4處堿基差異,莖環(huán)結構較少,ΔG=–349.78?kkal·mol-1低于陜茶1號(圖5-C);黃金芽中存在4處堿基差異和1處6個堿基缺失,其堿基缺失造成莖環(huán)結構改變,ΔG=–346.13?kkal·mol-1略高于陜茶1號(圖5-D);黃金葉中存在有5處堿基差異和1處3個堿基的插入,莖環(huán)結構減少,ΔG=–353.64?kkal·mol-1低于陜茶1號(圖5-E)。
為探究不同葉色白化茶樹品種中葉綠素含量和基因表達量之間的關系,分別測定其葉綠素含量并通過qRT-PCR對的基因表達量進行分析。如圖6-A所示,與陜茶1號相比,不同葉色白化茶樹葉片中葉綠素a和葉綠素b的含量均有不同程度的降低,且存在顯著性差異。其中,白葉1號葉片中葉綠素a和葉綠素b分別為陜茶1號的76%和80%;極白1號葉片中葉綠素a和葉綠素b分別為陜茶1號的44%和55%;黃金芽葉片中葉綠素a和葉綠素b分別為陜茶1號的25%和25%;黃金葉葉片中葉綠素a和葉綠素b分別為陜茶1號的31%和16%。不同葉色白化茶樹中基因表達量如圖6-B所示,與陜茶1號相比,白葉1號基因表達量降低了54%;極白1號基因表達量降低了76%;黃金芽基因表達量降低了67%;黃金葉基因表達量降低了57%。上述結果表明,與綠色茶樹相比白化茶樹中葉綠素含量和基因表達量呈正相關。
植物白化現象非常普遍,但是造成白化表型的分子機制十分復雜。本研究從5個茶樹品種中克隆并分別獲得基因的堿基序列。對它們的蛋白質理化性質進行分析可知,CsCHLI為疏水性蛋白質。亞細胞定位顯示茶樹CsCHLI定位于葉綠體中,與水稻和大豆等物種CHLI定位相吻合[14,22]。通過NCBI-CDD保守結構域分析可知,CsCHLI分別包含AAA+結構域和AAA lid結構域,這與I亞基屬于AAA+超家族,并調節(jié)ATP的水解功能的作用相符[10]。
通過對5個茶樹品種基因的克隆和蛋白質序列分析表明,不同葉色白化茶樹品種中基因的堿基序列和蛋白質序列存在多個位點的差異。特別是與陜茶1號相比,黃金芽中的堿基序列發(fā)生6個堿基的缺失,黃金葉中的全長CDS序列發(fā)生3個堿基的插入,但是在黃金芽和黃金葉中發(fā)生的缺失和插入的堿基數均為3的倍數,并未對閱讀框造成影響,其蛋白質序列差異不大。Zhang等[14]報道了一個水稻黃化突變體和(),該突變體是由單堿基突變(G529C)造成AAA+結構域中的氨基酸殘基發(fā)生錯義突變(G177R)。水稻中該位點突變并不影響亞細胞定位結果,與本研究結果一致。水稻突變體中質體轉錄基因(,和)和光合作用相關基因(和)顯著降低,酵母雙雜交表明的錯義突變致使OsCHLI與OsCHLD不能互作。擬南芥中研究也表明,AtCHLD的穩(wěn)定性與AtCHLI有關[11]。同時,Du等[13]報道大豆黃化突變體是由于的一個堿基發(fā)生變化(G1709A),導致AAA+結構域氨基酸殘基發(fā)生錯義突變(D278N),且該結構域屬于N段結合結構域,從而影響Gmcd1與GmCHLI1a/b的相互作用。本研究中,白葉1號,其氨基酸序列在168和390兩個位點發(fā)生氨基酸殘基的改變(G168R,A390V),分別屬于AAA+結構域和AAA lid結構域;黃金葉中在401位點發(fā)生氨基酸殘基的改變(R401H),屬于AAA lid結構域。因此白葉1號和黃金葉中保守結構域氨基酸殘基的變異是否會影響茶樹中CsCHLI與CsCHLD的互作,降低質體基因以及光合作用相關基因的表達量,進而導致茶樹葉色出現白化表型,還需進一步功能驗證。
圖4 茶樹CsCHLI的亞細胞定位
注:A:陜茶1號,B:白葉1號,C:極白1號,D:黃金芽,E:黃金葉,結構的自由能標注在圖下方。差異位點用紅色箭頭指出,插入位點用黑色箭頭指出,缺失位點用藍色箭頭指出
Note: A: Shaancha 1, B: Baiye 1, C: Jibai 1, D: Huangjinya, E: Huangjinye.The free energy of the structure was shown at the bottom of the picture.The difference sites were pointed out by the black arrows, and the insertion site was indicated by the black arrow, and the missing site was indicated by the blue arrow
圖5 茶樹的RNA二級結構
Fig.5 RNA secondary structure ofin tea plants
注:SC1:陜茶1號,BY1:白葉1號,JB1:極白1號,HJYa:黃金芽,HJYe:黃金葉。*:<0.05;**:<0.01
Note: SC1: Shaancha 1, BY1: Baiye 1, JB1: Jibai 1, HJYa: Huangjinya, HJYe: Huangjinye.*:<0.05.**:<0.01
圖6 茶樹葉綠素的含量(A)和表達分析(B)
Fig.6 Chlorophyll content (A) and expression analysis of(B) in tea plants
由RNA二級結構分析得知,白葉1號的穩(wěn)定性低于陜茶1號,與其的基因表達量顯著低于陜茶1號結果相一致,即RNA二級結構的改變導致其不穩(wěn)定,在一定程度上降低了的表達(圖5,圖6-B)。上述結果初步表明,不同葉色中的堿基差異對其RNA二級結構的穩(wěn)定性和基因表達量存在一定影響,并最終影響葉綠素的生物合成,使葉片呈現不同程度的白化現象。在擬南芥不同等位突變如(C584T)或T-DNA插入突變體中,基因表達量均有不同程度的下降,且葉片均呈現黃化或白化表型[11]。同樣,吳全金[23]對白化黃色系茶樹品種白雞冠進行遮蔭處理表明,隨著遮蔭時間延長,葉綠素含量逐漸增加,葉片由黃白色轉變?yōu)榫G色,基因表達量在1~3?d時顯著增加,6?d時有輕微的下降。與本研究相似,對茶樹葉片中葉綠素含量關聯(lián)分析表明,與正常綠色茶樹品種陜茶1號相比,其他4個葉色突變的茶樹品種中其葉綠素含量和的表達量均有不同程度的下降,并存在顯著性差異,這些結果表明,基因表達量與葉綠素含量呈正相關。
CHLI進化及保守結構域(圖3)分析表明,從低等植物藻類到高等植物中均存在CHLI,且保守性較強,表明CHLI在進化過程中較保守,且是綠色生物葉綠素合成所必不可少的。此外,在不同物種中,CHLI還存在同源物,如大豆中存在4種同源物[22,24],但是僅和在葉綠素合成中起作用;擬南芥中存在可相互替代的CHLI1與CHLI2以行使功能作用[11],而萊茵衣藻中CHLI2不可替代CHLI1[25]。茶樹中目前僅發(fā)現一個基因,但在眾多的白化茶樹資源中,是否存在其他的同源物,以及其在茶樹葉色變異和葉綠素生物合成中的具體分子機制如何,這些都是今后研究的重點。
[1] Satou M, Enoki H, Oikawa A, et al Integrated analysis of transcriptome and metabolome of Arabidopsis albino or pale green mutants with disrupted nuclear-encoded chloroplast proteins [J].Plant Molecular Biology, 2014, 85(4/5): 411-428.
[2] Zeng X, Tang R, Guo H, et al.A naturally occurring conditional albino mutant in rice caused by defects in the plastid-localized OsABCI8 transporter [J].Plant Molecular Biology, 2017, 94(1/2): 137-148.
[3] Sawers R J, Viney J, Farmer P R, et al.The maize Oil yellow1 (Oy1) gene encodes the I subunit of magnesium chelatase [J].Plant Molecular Biology , 2006, 60(1): 95-106.
[4] Gao M, Hu L, Li Y, et al.The chlorophyll-deficient golden leaf mutation in cucumber is due to a single nucleotide substitution in CsChlI for magnesium chelatase I subunit [J].Theoretical and Applied Genetics, 2016, 129(10): 1961-1973.
[5] Liu M, Wang Y, Nie Z, et al.Double mutation of two homologous genes YL1 and YL2 results in a leaf yellowing phenotype in soybean [(L.) Merr] [J].Plant Molecular Biology, 2020, 103: 527-543.doi: 10.1007/s11103-020-01008-9.
[6] 盧翠, 沈程文.茶樹白化變異研究進展[J].茶葉科學, 2016, 36(5): 445-451.
Lu C, Shen C W.Research progress of albino tea plant ((L.) O.Kuntze) [J].Journal of Tea Science, 2016, 36(5): 445-451.
[7] Cheng S, Fu X, Liao Y, et al.Differential accumulation of specialized metabolite L-theanine in green and albino-induced yellow tea () leaves [J].Food Chemistry, 2019, 276: 93-100.
[8] Lu M, Han J, Zhu B, et al.Significantly increased amino acid accumulation in a novel albino branch of the tea plant () [J].Planta, 2019, 249(2): 363-376.
[9] Farmer D A, Brindley A A, Hitchcock A, et al.The ChlD subunit links the motor and porphyrin binding subunits of magnesium chelatase [J].Biochemical Journal, 2019, 476(13): 1875-1887.
[10] Sawicki A, Zhou S, Kwiatkowski K, et al.1--histidine phosphorylation of ChlD by the AAA+ChlI2 stimulates magnesium chelatase activity in chlorophyll synthesis [J].Biochemical Journal, 2017, 474(12): 2095-2105.
[11] Huang Y, Li H.Arabidopsis CHLI2 can substitute for CHLI1 [J].Plant Physiology, 2009, 150(2): 636-645.
[12] Wang C, Zhang L, Li Y, et al.Single nucleotide mutagenesis of the TaCHLI gene suppressed chlorophyll and fatty acid biosynthesis in common wheat seedlings [J].Frontiers in Plant Science, 2020, 11: 97.doi: 10.3389/fpls.2020.00097.
[13] Du H, Qi M, Cui X, et al.Proteomic and functional analysis of soybean chlorophyll-deficient mutant cd1 and the underlying gene encoding the CHLI subunit of Mg-chelatase [J].Molecular Breeding, 2018, 38(6): 71.doi: 10.1007/s11032-018-0819-9.
[14] Zhang H, Liu L, Cai M, et al.A point mutation of magnesium chelatasegene dampens the interaction between CHLI and CHLD subunits in rice [J].Plant Molecular Biology Reporter, 2015, 33(6): 1975-1987.
[15] Liu X, Yu W, Wang G, et al.Comparative proteomic and physiological analysis reveals the variation mechanisms of leaf coloration and carbon fixation in a xantha mutant of Ginkgo biloba L [J].International Journal of Molecular Sciences, 2016, 17(11): 1794.doi: 10.3389/fpls.2020.00097.
[16] 郭俊紅, 王偉東, 谷星, 等.茶樹WRKY轉錄因子基因CsWRKY57的克隆及表達分析[J].茶葉科學, 2017, 37(4): 411-419.
Guo J H, Wang W D, Gu X, et al.Cloning and expression analysis of WRKY transcription factor genein tea plant () [J].Journal of Tea Science, 2017, 37(4): 411-419.
[17] Xia E H, Li F D, Tong W et al.Tea Plant Information Archive: a comprehensive genomics and bioinformatics platform for tea plant [J].Plant Biotechnology Journal, 2019, 17(10): 1938-1953.
[18] 向芬, 李維, 劉紅艷,等.茶樹葉綠素測定方法的比較研究[J].茶葉通訊, 2016, 43(4):37-40.
Xiang F, Li W, Liu H Y, et al.Comparisonon methods of chlorophyll extraction in[J].Journal of Tea Communication, 2016, 43(4):37-40.
[19] Wellburn A R, Lichtenthaler H.Formulae and program to determine total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents [M]//Advances in Photosynthesis Researchr.Dordrecht: Springer Link, 1984: 9-12.
[20] Hao X, Horvath D P, Chao W S, et al.Identification and evaluation of reliable reference genes for quantitative real-time PCR analysis in tea plant ((L.) O.Kuntze) [J].International Journal of Molecular Sciences, 2014, 15(12): 22155-22172.
[21] Livak K J, Schmittgen T D.Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-CT method [J].Methods, 2001, 25(4): 402-408.
[22] Zhang D, Chang E, Yu X, et al.Molecular characterization of magnesium chelatase in soybean [(L.) Merr.] [J].Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 720.doi: 10.3389/fpls.2018.00720.
[23] 吳全金.‘白雞冠’茶樹響應光調控的基因差異及理化特征分析[D].福州: 福建農林大學, 2015.
Wu Q J.Gene differential analysis and physicochemical characteristics ofcv.Baijiguan in response to light [D].Fuzhou: Fujian Agriculture and Forestry University, 2015.
[24] Li Q, Fang C, Duan Z, et al.Functional conservation and divergence ofgenes in polyploid soybean [J].The Plant Journal, 2016, 88(4): 584-596.
[25] Brzezowski P, Sharifi M N, Dent R M, et al.Mg chelatase in chlorophyll synthesis and retrograde signaling in: CHLI2 cannot substitute for CHLI1 [J].Journal of Experimental Botany, 2016, 67(13): 3925-3938.
Cloning ofGene and Its Expression Analysis inDifferent Albino Tea Cultivars ()
ZHAO Yiqing1, LIU Zhengjun1, ZHANG Tianxin2, ZHAO Yanting1, XIAO Bin1, GAO Yuefang1*
1.College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling 712100, China;2.College of Life Sciences, Northwest A&F University, Yangling 712100, China
Magnesium chelatase is one of the key enzymes in the process of chlorophyll synthesis, which is closely related to the albino phenomenon of leaves.In this study, the leaves of tea cultivars Shaancha 1, Baiye 1, Jibai 1, Huangjinya and Haungjinye were used as materials to clone the full-length CDS sequences of(Mg-chelatase I subunit).Multi-sequence alignment shows that the two base differences (G502C, C1169T) were found in Baiye 1, which lead to the change of two amino acid residues (G168R, A390V) in the AAA+and AAA lid domain.Meanwhile, there was an amino acid residue changed (R401H) in the AAA lid domain of Huangjinye, due to the difference of G1202A.Subcellular localization analyses illustrates that CsCHLI is localized in chloroplast and the differences of the bases or amino acid residues did not affect its subcellular localization.The RNA secondary structure analysis shows that base site mutations ofwould affect its stem-loop structure and the stability.Moreover, the chlorophyll contents in albino tea plants were 25%-77% of that in Shaancha 1, and the expressions ofin albino tea plants were 24%-46% of that in Shaancha 1.The results show that theexpression was positively correlated with chlorophyll content in tea plants.Furthermore, these results provided experimental evidences for the in-depth study of the chlorophyll metabolism in albino tea plants.
,, subcellular localization, RNA secondary structure, chlorophyll content
S571.1;Q753
A
1000-369X(2021)03-327-10
2020-07-10
2020-08-03
國家自然科學基金(31700612)、陜西省自然科學基金(2019JQ-082)、咸陽市科技計劃項目(2019k01-52)
趙逸清,男,碩士研究生,主要從事茶樹白化研究,zyq2019@nwafu.edu.cn。*通信作者:yuefanggao@nwafu.edu.cn
(責任編輯:趙鋒)