茶树乙醇脱氢酶基因(CsADH)的克隆、功能鉴定及其对害虫取食的响应

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乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase)是一种含锌酶类,其分子由两个亚基组成,一个位于酶的活性中心,起催化作用,另一个起稳定四级结构的作用。它以烟酰胺腺嘌呤2核苷酸为辅酶,催化伯醇和醛之间的可逆反应,是脱氢酶/还原酶(Dehydrogenase/reductase,MDR)蛋白基因超家族成员之一。植物中ADH是一个小的基因家族,ADH在抵抗涝害、冷害、干旱等胁迫条件中起重要作用,同时,ADH还通过催化合成植物绿叶挥发物,在植物的间接防御反应中发挥重要作用,但目前在茶树中CsADH基因还未得到克隆,对茶树中ADH基因的生物学功能还知之甚少。故本论文利用本课题组已经获得的茶树经茶尺蠖取食诱导的转录组数据,比较挑选出二条与其它植物的ADH基因同源性较高的序列,通过RACE获得2个CsADH基因的cDNA全长序列,并通过原核表达对其进行功能验证,再结合Northern blot和qRT-PCR,对其在茶尺蠖取食诱导和低温处理后的表达特征进行了研究。主要结果如下:1.利用RACE技术从茶树中得到2个CsADH基因的cDNA全长,将其分别命名为CsADH1和CsADH2。其中,CsADH1全长1476 bp,开放阅读框长1188 bp,5’UTR长94 bp,3’UTR长194 bp,编码395个氨基酸;CsADH2全长1505 bp,开放阅读框长1140 bp,5’UTR长83 bp,3’UTR长282 bp,编码379个氨基酸。2.多序列同源比对和蛋白质结构预测分析表明,蛋白CsADH1和CsADH2之间同源性为54%。CsADH1和CsADH2均含有3个保守的结构域:锌结合动力学位点、具有Gro ES结构的ADH_N结构域和Rossmann折叠NAD(P)(+)结合蛋白结构域。3.将2个CsADH的ORF框分别连接到原核表达载体pMAL c2X中,然后转入原核表达菌株BL21(DE3)中,在28℃下用0.2 mg/ml的IPTG诱导12h后,成功获得了Mal E-CsADH融合蛋白,其分子量均在80k Da左右。进一步的酶活测定分析结果表明,我们克隆的2个CsADH基因编码蛋白均具有ADH酶的催化活性。随后,我们对表达的CsADH1和CsADH2蛋白进行了纯化,并对茶树CsADH的酶学性质进行了研究,发现其最适反应PH为11.0,最适温度为37℃。CsADH1最大反应速率Vmax(NAD)为2.803U/mg,Km(NAD)值为0.86m M。CsADH2最大反应速率Vmax(NAD)为3.625 U/mg,Km(NAD)值为0.87 m M。4.qRT-PCR结果分析表明,CsADH1在茶尺蠖取食诱导6 h和9h后上调表达,上调2倍左右,在茶尺蠖取食诱导12h之后表达量又回复到取食前的水平;CsADH2在茶尺蠖取食诱导12h内其表达量基本不变,在茶尺蠖取食诱导24 h后表达量下调,下调4倍左右。由此推断,CsADH基因在虫害胁迫中起重要作用。茶尺蠖口腔分泌液诱导实验的Northern blot分析发现,ADH1在6h和ADH2在9h时表达量最高,与qRT-PCR结果基本一致。
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