拟南芥蜡质突变体gs1的鉴定和突变基因克隆

摘要

[目的]蜡质是陆生植物表面的疏水性屏障，筛选和鉴定拟南芥蜡质缺失突变体有助于进一步完善植物表皮蜡质合成途径。[方法]从拟南芥EMS诱变突变体库（Col-0背景）中筛选茎秆光亮表型的突变体glossy stem 1(gs1)。通过扫描电子显微镜和气相色谱方法系统分析gs1突变体茎和叶片蜡质表型，然后挖掘候选突变基因并利用酵母异源表达分析和拟南芥转基因回补方法验证候选基因的功能。[结果]与拟南芥野生型相比，gs1茎表皮非常光滑，蜡质晶体结构几乎完全缺失。进一步气相色谱分析发现，gs1的茎秆和叶片蜡质含量急剧下降，并呈现C28及以上碳链蜡质单体含量显著降低，C24-C26碳链长度蜡质单体含量显著增加的模式。基于该表型的候选基因筛选并结合重测序发现，gs1突变体中编码β-酮脂酰CoA合成酶的重要蜡质合成关键基因CER6/KCS6的编码区上存在G1384A单碱基变异，对应mRNA上的UGG密码子突变为终止密码子UGA。最终导致编码蛋白在翻译过程中提前终止，缺失ACP＿syn＿lll结构域。随后，从拟南芥野生型和gs1中分别克隆CER6/KCS6基因并在酵母细胞中异源表达，通过脂肪酸分析发现gs1中的单碱基突变导致CER6/KCS6蛋白的功能完全丧失，不能合成C26和C28超长链脂肪酸。同时，将CER6pro::CER6-GFP引入gs1构建了转基因回补株系gs1R1和gs1R2。扫描电子显微镜和气相色谱分析发现gs1R1和gs1R2叶片中蜡质含量恢复到了野生型水平，而茎中蜡质部分恢复。[结论]gs1突变体CER6/KCS6基因发生G1384A单碱基变异，导致编码蛋白翻译过程提前终止，并丧失β-酮脂酰CoA合成酶活性，最终影响拟南芥茎和叶片蜡质的积累。

关键词

拟南芥 / 蜡质 / 超长链脂肪酸 / β-酮脂酰CoA合成酶