柠檬蔗糖代谢关键酶基因家族鉴定及表达分析

• 作者: 王亚娜 卢闯 杨云龙 唐腾 严晓云 黄桂香 广西大学农学院
• 来源期刊: 南方农业学报
• 关键词: 柠檬 蔗糖合成酶(SUS) 蔗糖磷酸合成酶(SPS) 蔗糖转化酶(INV) 基因家族鉴定 表达分析
• 年，卷（期）: 2023,（5）
• 所属期刊栏目: 专题：基因组学
• 页码范围: 61-74
• 页数: 14页
• 语种: 中文

摘要

【目的】对柠檬蔗糖代谢关键酶基因家族成员进行鉴定，并分析其在蔗糖积累有明显差异的2个柠檬品种果实发育过程中的表达情况，为揭示柠檬蔗糖代谢关键酶在果实发育中的作用机制及柠檬与其他柑橘类果实蔗糖代谢分子机制提供理论依据。【方法】运用生物信息学方法鉴定柠檬蔗糖代谢关键酶[蔗糖合成酶（SUS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖转化酶（INV）]基因家族成员，对其基本理化性质、保守基序、基因结构、系统进化、蛋白质保守功能域、顺式作用元件和进化模式等进行全面分析。基于转录组数据分析柠檬蔗糖代谢关键酶基因家族成员在不同组织中的表达模式，并利用实时荧光定量PCR检测其在果皮和果肉发育过程的表达情况。【结果】从柠檬基因组共鉴定获得6个ClSUS基因家族成员（ClSUS1～ClSUS6）、4个ClSPS基因家族成员（ClSPS1～ClSPS4）和15个ClINV基因家族成员（ClINV1～ClINV15），其中ClSPSs基因编码的氨基酸数量最多，ClSUSs、ClSPSs和ClINVs基因编码的保守基序数量和种类大致相同，ClSUSs基因内含子数目为12～14个，ClSPSs基因的内含子数目为12～13个，ClINVs基因的内含子数量为1～11个。ClSUS基因家族成员和ClINV基因家族成员各分为3个亚家族，ClSPS基因家族分为2个亚家族。ClSUS6、ClINV1和ClINV8蛋白均扩张出新的结构域，依据结构域不同，ClINV蛋白家族成员分为2种不同水解酶类型。ClSUSs、ClSPSs和ClINVs基因启动子区域均含有激素响应、光响应、胁迫响应和生长发育调控元件。共25个基因不均匀地分布在染色体上，出现基因串联和片段复制现象。基于转录组数据分析，发现仅有21个基因表达，其中7个基因在柠檬不同组织中特异性表达。21个基因的相对表达量与葡萄糖、果糖和蔗糖含量呈不同程度相关性，其中有9个基因与柠檬葡萄糖、果糖和蔗糖含量呈明显正相关或负相关。实时荧光定量PCR检测结果显示，ClSUSs、ClSPSs和ClINVs基因整体上在果皮中的表达量均比果肉中的表达量高，在果皮中高表达的基因有ClSUS4、ClSPS2、ClINV14和ClINV1，推测这些基因在柠檬果实可溶性糖积累过程中起重要调控作用。【结论】鉴定出的25个柠檬蔗糖代谢关键酶基因家族成员在理化性质与基因结构方面均存在明显差异，具有明显的组织表达特异性，部分成员如ClSUS4、ClSPS2、ClINV1和ClINV14等是调控柠檬果皮和果肉可溶性糖含量差异的关键基因。