菜心天冬氨酸激酶基因BrAK3调控植株耐热性功能分析

摘要

【目的】基于高温胁迫处理后的菜心转录组数据，从中筛选并命名了一个可能与高温胁迫响应相关的候选基因，即天冬氨酸激酶基因BrAK3，对该基因编码蛋白的生物信息学进行了分析，探究其在耐热性调控中的功能，以期为菜心耐热分子育种提供理论依据与基因资源。【方法】采用全基因合成方法获得BrAK3全长序列，利用生物信息学工具分析其理化性质、信号肽、蛋白结构与顺式作用元件，利用MEGA 6.0构建系统发育树。以耐热的菜心自交系CX1-7和热敏的菜心自交系CX7-3为材料，构建BrAK3过表达植株和BrAK3沉默表达植株，采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术，分析高温（37℃）胁迫下BrAK3以及与高温胁迫相关基因（BrHsfA2、BrHsp90和BrMnSOD）的表达模式以及相关生理指标的变化。【结果】BrAK3基因全长为681 bp，编码226个氨基酸，具有典型的天冬氨酸激酶保守结构域，蛋白二级结构以α-螺旋、无规则卷曲和延伸链结构为主，含有11个高温胁迫响应元件CAATbox，与白菜、甘蓝型油菜、野生甘蓝和萝卜的同源性较高。转录表达分析结果显示，高温胁迫前，热敏材料CX7-3与耐热材料CX1-7的BrAK3基因表达水平均较低；高温胁迫6 h后，CX1-7中的BrAK3表达水平迅速上升，而CX7-3中的BrAK3无显著变化。随着高温胁迫处理时间的延长，CX1-7中的BrAK3表达水平持续上调，于12 h时达到峰值；而CX7-3始终维持较低水平。组织表达分析结果显示，与高温胁迫前相比，高温胁迫6 h后根和叶柄中的BrAK3表达量均无显著变化；CX1-7叶片中的BrAK3表达水平显著增加，CX7-3中的BrAK3表达水平仍处于低水平。高温胁迫下，BrAK3过表达植株中的BrHsfA2、BrHsp90和BrMn-SOD基因表达上调，植株表型变化不明显，叶绿素含量无显著变化，相对电导率降低，同时脯氨酸含量和SOD活性升高，耐热性增强；BrAK3沉默表达植株中的BrHsfA2、BrHsp90和BrMn-SOD表达均受到抑制，叶片颜色变浅且叶绿素含量下降，相对电导率升高，脯氨酸含量和SOD活性均降低，植株耐热性明显减弱。【结论】成功获得了菜心BrAK3基因，证实其表达受高温特异性诱导，并具有正向调控菜心耐热性的生物学功能。

关键词

菜心 / BrAK3 / 耐热性 / 基因过表达 / 基因沉默表达