趙經(jīng)昊,李成磊,姚慧鵬,陳 惠,趙海霞,吳 琦
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,四川雅安625014)
苦蕎黃酮轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白基因FtAH4L的克隆及表達(dá)分析
趙經(jīng)昊,李成磊,姚慧鵬,陳 惠,趙海霞*,吳 琦
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,四川雅安625014)
為研究苦蕎黃酮轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因,以苦蕎(Fagopyrum tataricum)品種“西蕎二號(hào)”為材料,克隆到1條質(zhì)膜H+-ATPase基因(autoinhibited H+-ATPase isoform4 like,AH4L),將其命名為FtAH4L。通過(guò)開(kāi)放閱讀框(ORF)分析,F(xiàn)tAH4L基因cDNA全長(zhǎng)3 398bp,開(kāi)放閱讀框2 898bp,編碼966個(gè)氨基酸殘基,理論分子量為109 kD,等電點(diǎn)6.48。氨基酸保守基序比對(duì)分析表明,AH4L在植物種間較為保守。在茉莉素誘導(dǎo)處理和5種光(白色熒光、LED白光、LED藍(lán)光、LED紅光和UV-B)處理芽期苦蕎后,采用半定量RT-PCR和AlCl3比色法分析結(jié)果表明,茉莉素處理后的苦蕎胚軸和子葉中FtAH4L基因表達(dá)量與黃酮含量均顯著上升,且二者呈正相關(guān)關(guān)系;5種光對(duì)子葉中FtAH4L表達(dá)量無(wú)顯著影響,但均顯著增加其黃酮含量;胚軸中,除LED紅光外,各種光均顯著提高FtAH4L表達(dá)量和總黃酮含量,且LED藍(lán)光與UV-B的影響極顯著。該研究結(jié)果為深入研究FtAH4L基因參與苦蕎黃酮轉(zhuǎn)運(yùn)奠定了基礎(chǔ)。
苦蕎;質(zhì)膜H+-ATPase基因;基因表達(dá);黃酮含量
黃酮化合物是植物中一大類(lèi)重要的次生代謝產(chǎn)物,由細(xì)胞質(zhì)多酶復(fù)合體合成后,可在位于生物膜上的各類(lèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白幫助下進(jìn)行胞內(nèi)跨膜或長(zhǎng)距離運(yùn)輸[1]?,F(xiàn)已了解的黃酮轉(zhuǎn)運(yùn)主要依賴(lài)以下3種類(lèi)型:ABC-Type類(lèi)型的轉(zhuǎn)運(yùn)體(ATP binding cassette-Type transporters)[2],MATE型轉(zhuǎn)運(yùn)體(MATE-Type transporters)[3]和質(zhì)子依賴(lài)型轉(zhuǎn)運(yùn)(proton-dependent transporters)[4]。其中,質(zhì)膜H+-ATPase類(lèi)蛋白通過(guò)建立的跨膜質(zhì)子電動(dòng)勢(shì),帶動(dòng)其它次級(jí)運(yùn)輸體參與原花青素和黃酮醇的運(yùn)輸[5]。H+-ATPase是植物細(xì)胞的“主宰酶”,由它建立的跨膜質(zhì)子電動(dòng)勢(shì)是物質(zhì)跨膜運(yùn)送的原初動(dòng)力。近年研究發(fā)現(xiàn),干旱、低溫、鹽漬和射線輻照等逆境都影響H+-ATPase的活力,并認(rèn)為該酶活力的變化是植物傷害的原初位點(diǎn)[5],質(zhì)子依賴(lài)型轉(zhuǎn)運(yùn)體按亞細(xì)胞定位的結(jié)果大致分為定位于細(xì)胞質(zhì)膜的P-type H+-ATPase,以及細(xì)胞內(nèi)膜上的V-type H+-ATPase和焦磷酸酶(PPase)3種,其中P-type H+-ATPase參與了逆境脅迫下生物膜上的反應(yīng)[6]。AHA10(Arabidopsis thaliana autoinhibited H+-ATPase isoform 10)是擬南芥(Arabidopsis thaliana)中P-type ATPase家族的一員,AHA10基因的缺失導(dǎo)致花青素在相應(yīng)的突變體的種皮中不能積累,說(shuō)明定位于細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的P-type H+-ATPase與植物黃酮轉(zhuǎn)運(yùn)存在著相關(guān)性[7]。
苦蕎(Fagopyrum tataricum)為食藥兩用植物,含有豐富的黃酮類(lèi)化合物[8],對(duì)人體具有降脂、降糖和抗氧化等藥理作用和生理功能[9]。以蘆丁為代表的黃酮,主要在苦蕎萌發(fā)階段的子葉(5%~6%)[10]和花期的花蕾(6.0%~6.5%)[11]中積累,參與抵抗UV-B輻射、抗寒、抗旱等生理過(guò)程[12-14],無(wú)論是正常生長(zhǎng)或受到環(huán)境脅迫,子葉中的黃酮含量均高于胚軸,但二者黃酮合成相關(guān)基因表達(dá)水平卻并不如此,即不同組織器官黃酮含量與黃酮相關(guān)合成酶基因表達(dá)水平并非線性相關(guān),提示在苦蕎中存在黃酮跨膜運(yùn)輸機(jī)制[15]。本研究以高黃酮苦蕎栽培種“西蕎2號(hào)”為材料,克隆其H+-ATPase基因的cDNA,分析在茉莉素和不同光處理后,芽期苦蕎子葉和胚軸中H+-ATPase基因的表達(dá)與總黃酮含量,研究該酶在苦蕎黃酮轉(zhuǎn)運(yùn)中的分子調(diào)控機(jī)制。
1.1 實(shí)驗(yàn)材料及處理
“西蕎二號(hào)”苦蕎種子購(gòu)自西昌學(xué)院,種植于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)田,在花期取新鮮幼嫩葉片提取RNA,用于FtAH4L基因的克隆。
2013年11月,參照趙海霞等[16]的方法萌發(fā)苦蕎種子。將苦蕎種子置于40℃蒸餾水中浸泡30 min,均勻鋪在蓋有濾紙的培養(yǎng)皿中并保持濾紙濕潤(rùn),25℃暗室萌發(fā)。種子萌發(fā)2d后,選長(zhǎng)度為1 cm的苦蕎芽,移植在新培養(yǎng)皿中并覆蓋1cm厚細(xì)砂。于光照培養(yǎng)箱光照條件下25℃培養(yǎng)14h,黑暗條件下18℃培養(yǎng)10h,并保持相對(duì)濕度60%。
參照楊文杰等[17]和Suzuki等[18]的方法,選取萌發(fā)8d長(zhǎng)勢(shì)相近的芽期苦蕎為材料,將終濃度為100μmol/L的茉莉素(jasmonates,JAs)水溶液每30min均勻噴灑1次,分別收集處理0、2、4、6、8和10h后的子葉和胚軸備用。選取萌發(fā)6d長(zhǎng)勢(shì)相近的芽期苦蕎為材料,在以下光照條件下分別進(jìn)行培養(yǎng):黑暗培養(yǎng);強(qiáng)度為0.1MW/cm2的UV-B(385nm)照射;白色熒光(F)、LED白光(W)、LED紅光(R)和LED藍(lán)光(B)照射,光強(qiáng)保持在(50±5)μmol·m-2·s-1;光照12h/d,連續(xù)處理3d后,分別收集子葉和胚軸備用。
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 苦蕎葉片總RNA提取和cDNA第一鏈制備
稱(chēng)取苦蕎新鮮葉片2.0g,以植物RNAout試劑盒提取總RNA,電泳檢測(cè)其完整性。采用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(RevertAidTMFirststrand cDNA Synthesis Kit)將總RNA逆轉(zhuǎn)錄獲得cDNA模板,分裝后置于-80℃保存。
1.2.2 苦蕎H+-ATPase基因的克隆 根據(jù)NCBI中擬南芥及其他被子植物的質(zhì)膜H+-ATPase基因AHA10(AT1G17260)的同源比對(duì)結(jié)果,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)并引物AHAjb-f和AHAjb-r(表1),以cDNA為模板,使用高保真DNA聚合酶pfu進(jìn)行PCR擴(kuò)增獲得苦蕎H+-ATPase基因保守序列片段。反應(yīng)參數(shù)為:94℃預(yù)變性4min;94℃變性50s,58℃退火45 s,72℃延伸1.5min,30個(gè)循環(huán);72℃繼續(xù)延伸10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠電泳,回收清晰條帶加A尾經(jīng)T載體克隆,篩選陽(yáng)性轉(zhuǎn)化子送上海立菲生物技術(shù)有限公司測(cè)序。根據(jù)測(cè)序結(jié)果,設(shè)計(jì)特異引物ftAH5-1、ftAH5-2進(jìn)行5′-RACE,使用特異引物ftAH3-1、ftAH3-2和ftAHN3-3進(jìn)行3′-RACE。根據(jù)5′-RACE和3′-RACE測(cè)序結(jié)果拼接獲得苦蕎H+-ATPase基因全長(zhǎng)cDNA序列,設(shè)計(jì)特異引物ftAH4L-f和ftAH4L-r擴(kuò)增其ORF序列。
1.2.3 生物信息學(xué)分析 采用DNAman(Version5.22)將得到的核苷酸序列推導(dǎo)為氨基酸序列,采用NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)的Blast-p(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)進(jìn)行同源比對(duì),采用Clustal X(1.8)進(jìn)行基于氨基酸序列的多重序列比對(duì),SOPMA(http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_seccons.html)進(jìn)行二級(jí)結(jié)構(gòu)分析,結(jié)合PSIPRED(http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)跨膜區(qū),采用SWISSMODEL(http://beta.swissmodel.expasy.org/)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行三維同源建模,采用MEGA6.0構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。
1.2.4 FtAH4L表達(dá)量分析和總黃酮測(cè)定 參照吳琦等[19]的方法采用半定量RT-PCR(semi-quantitative RT-PCR),使用引物ftAHAs-f和ftAHAs-r檢測(cè)FtAH4L在苦蕎子葉和胚軸中的表達(dá)量,以引物ft H3sm-f和ft H3sm-f檢測(cè)持家基因H3的表達(dá)量為內(nèi)參(表1)。利用凝膠成像系統(tǒng)掃描電泳結(jié)果,以FtAH4L與H3的光密度值比值(optical intensity of FtAH4L/optical intensity of FtH3)來(lái)表示FtAH4L相對(duì)表達(dá)量。
采用AlCl3法[18]測(cè)定總黃酮,在420nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,擬合回歸方程,并計(jì)算相關(guān)系數(shù)??嗍w子葉和胚軸樣品冷凍干燥置至恒重,研磨樣品至粉末,精確稱(chēng)量0.100g樣品至10 mL離心管中,加入3mL 65%乙醇并使用封口膜密封。使用超聲波細(xì)胞破碎儀,以15%的輸出功率超聲20min提取總黃酮。12 000r/min離心5min后轉(zhuǎn)移上清至另一離心管中,再次加入2mL 65%乙醇,繼續(xù)超聲10min。12 000r/min離心5min后轉(zhuǎn)移并合并上清,使用等體積石油醚萃取排除葉綠素干擾,反復(fù)萃取至石油醚為無(wú)色透明后,使用分液漏斗分離并收集下層液體并使用0.45μm有機(jī)相濾膜過(guò)濾,所得樣品即為苦蕎總黃酮提取液。測(cè)定樣品OD420,對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線求得苦蕎組織中總黃酮含量(%)。
1.2.5 數(shù)據(jù)的分析和處理 用SPSS19.0軟件進(jìn)行Duncan多重比較及顯著性檢驗(yàn),同時(shí)進(jìn)行雙變量Pearson相關(guān)性分析。
2.1 苦蕎H+-ATPase基因的克隆
使用簡(jiǎn)并引物AHAjb-f和AHAjb-r擴(kuò)增H+-ATPase基因保守片段,獲得1條長(zhǎng)度約為750bp的特異片段(圖1,A)。測(cè)序結(jié)果表明,該片段長(zhǎng)813bp,與其他植物H+-ATPase具有77%~84%的同源性。使用特異引物ftAH5-1和ftAH5-2進(jìn)行5′-RACE,得到1條長(zhǎng)約750bp的特異條帶(圖1,B)。使用特異引物ft AH3-1、ft AH 3-2和ftAHN3-3進(jìn)行3′-RACE,得到1條約1 800bp的特異條帶(圖1,C)。將保守片段序列與5′-RACE和3′-RACE測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接,根據(jù)拼接結(jié)果設(shè)計(jì)的特異引物ftAH4L-f和ftAH4L-r擴(kuò)增苦蕎H+-ATPase基因ORF,獲得1條約3000bp的特異條帶(圖1,D)。序列分析表明,苦蕎ATPase基因的cDNA序列全長(zhǎng)3 398bp,其ORF為2 898 bp,5′-UTR為170bp,3′-UTR為331bp并包含25 bp的Poly A尾,將該基因命名為FtAH4L,Gen-Bank登錄號(hào)為KF955601。
2.2 苦蕎FtAH4L的序列分析與系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)
2.2.1 苦蕎FtAH4L序列分析 DNAman分析表明,F(xiàn)tAH4L基因編碼1個(gè)966氨基酸殘基的蛋白FtAH4L,分子量109kD,等電點(diǎn)6.48。BlastP同源比對(duì)表明,該序列與其他植物FtAH4L蛋白一致率在97%以上。選取雙子葉植物擬南芥、單子葉植物玉米(Zea mays)和人類(lèi)(Homosapiens)的質(zhì)膜P-typeATPase蛋白與FtAH4L氨基酸序列進(jìn)行序列多重比對(duì),表明其含有ATPase特異的基序:磷酸酯酶膜轉(zhuǎn)導(dǎo)區(qū)TGE基序、磷酸化作用區(qū)DKTGT基序、連接ATP結(jié)合區(qū)與參加陽(yáng)離子結(jié)合和轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜區(qū)保守功能域MXGDGXNDXP結(jié)構(gòu)(圖2)。SPOMA分析表明,F(xiàn)tAH4L二級(jí)結(jié)構(gòu)中含有10個(gè)α螺旋組成的跨膜區(qū),10個(gè)α螺旋與4個(gè)β片層加上一些無(wú)規(guī)則卷曲組成了該蛋白包含底物結(jié)合位點(diǎn)在內(nèi)的活性中心。三維同源建模結(jié)果表明(圖3),F(xiàn)tAH4L蛋白的三維結(jié)構(gòu)與Swiss-Model蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中擬南芥auto-inhibited H+-ATPase 2(AHA2)相似度最高,具備典型的P-type H+-ATPase特征。FtAH4L的三維結(jié)構(gòu)主要由跨膜區(qū)結(jié)構(gòu)區(qū)(transmembrane domain)與細(xì)胞質(zhì)功能域(cytoplasmic domain)即ATP結(jié)合功能域(ATP binding domain,ATP-BD)組成。前者為質(zhì)子進(jìn)出的通道,后者則由大小2個(gè)細(xì)胞質(zhì)環(huán)組成。小的細(xì)胞質(zhì)環(huán)有2個(gè)螺旋,為能量傳動(dòng)區(qū)A(actuator domain,A-domain),控制陽(yáng)離子的結(jié)合與釋放;大的細(xì)胞質(zhì)環(huán)包括了磷酸化功能域P(phosphorylation domain,P-domain)和核酸結(jié)合區(qū)N(nucleotide binding domain,N-domain)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明FtAH4L屬于典型的質(zhì)膜P-typeATPase蛋白。
2.2.2 FtAH4L系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析 選取GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中被子植物P-type H+-ATPase的蛋白序列,采取MEGA6軟件的鄰接法重復(fù)10000次構(gòu)建基于氨基酸序列的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)(圖4)。結(jié)果表明,該系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)可以分為3個(gè)簇。其中ClusterⅢ主要由單子葉植物的P-type H+-ATPase組成,F(xiàn)tAH4L被聚類(lèi)至ClusterⅢ,并顯示與玉米的親緣關(guān)系最近。ClusterⅠ包含了大部分雙子葉植物的P-type ATPase,ClusterⅡ由包括擬南芥在內(nèi)的3種雙子葉植物所組成。
2.3 茉莉素對(duì)苦蕎FtAH4L表達(dá)及黃酮含量的影響
芽期苦蕎經(jīng)茉莉素連續(xù)處理10h,F(xiàn)tAH4L的表達(dá)量分析表明(圖5,A),處理后FtAH4L表達(dá)量比對(duì)照(0h)均極顯著提高(P<0.01)。子葉中,F(xiàn)tAH4L表達(dá)對(duì)茉莉素誘導(dǎo)應(yīng)答強(qiáng)烈,處理僅2h后其表達(dá)量就超過(guò)對(duì)照的2.5倍,相對(duì)表達(dá)量達(dá)到302%,然后下降至6h的193%,隨后迅速上升并穩(wěn)定在300%左右。胚軸中,處理2h后,F(xiàn)tAH4L表達(dá)量上升至對(duì)照的近1.3倍,相對(duì)表達(dá)量的296%,并于6h達(dá)到最高(370%),隨后下降至10h的300%。黃酮含量測(cè)定表明(圖5,B),茉莉素誘導(dǎo)下,芽期苦蕎子葉和胚軸中黃酮含量均表現(xiàn)為隨時(shí)間逐步升高,并于10h達(dá)到最大值,子葉中黃酮含量為誘導(dǎo)前的1.3倍(P<0.01),胚軸中則為處理前的15倍(P<0.01)。相關(guān)分析表明,芽期苦蕎子葉與胚軸FtAH4L表達(dá)量與黃酮含量均呈正相關(guān),子葉和胚軸中的相關(guān)系數(shù)分別為0.655和0.678。
2.4 光照對(duì)苦蕎FtAH4L表達(dá)及黃酮含量的影響
以黑暗為對(duì)照,采用白色熒光、LED白光、LED紅光、LED藍(lán)光和UV-B光照處理芽期苦蕎,F(xiàn)tAH4L表達(dá)量分析表明(圖6,A):胚軸中,F(xiàn)tAH4L表達(dá)量?jī)H在LED紅光組顯著降低(P<0.05),為對(duì)照組的94%,在其他光照下都顯著升高,其中在LED藍(lán)光和UV-B組為極顯著增加(P<0.01),相對(duì)表達(dá)量達(dá)到307%和354%。子葉中,F(xiàn)tAH4L表達(dá)量在所有光處理組均無(wú)顯著變化。FtAH4L在胚軸中的表達(dá)量都顯著高于子葉,表明其表達(dá)具有組織特異性。黃酮含量測(cè)定表明(圖6,B),所有光照組胚軸與子葉黃酮含量均顯著上升。其中,LED藍(lán)光和UV-B組呈極顯著升高,子葉黃酮含量為對(duì)照的1.4倍和2.0倍,胚軸黃酮含量則高達(dá)對(duì)照的2.7倍和5.9倍??梢?jiàn),各種光照下苦蕎子葉FtAH4L表達(dá)量與黃酮含量無(wú)明顯相關(guān),但胚軸FtAH4L表達(dá)量與黃酮含量具有正相關(guān)性。
已有研究表明,在正常生理?xiàng)l件[16]或在各種處理?xiàng)l件下[25],苦蕎胚軸中黃酮合成途徑相關(guān)酶基因表達(dá)量無(wú)論比子葉中高還是低,其黃酮含量均顯著低于子葉,這可能與黃酮在苦蕎中的累積特點(diǎn)相關(guān),即苦蕎胚軸中合成的黃酮可被轉(zhuǎn)運(yùn)到子葉[26]。本研究中,在茉莉素和各種光處理芽期苦蕎前后,胚軸FtAH4L表達(dá)量均不同程度高于子葉,但子葉黃酮含量均顯著高于胚軸(P<0.05),也支持上述觀點(diǎn)。此外,在苦蕎胚軸中,F(xiàn)tAH4L基因的表達(dá)不僅對(duì)茉莉素,而且對(duì)藍(lán)光和紫外光均具有強(qiáng)烈的響應(yīng);而在苦蕎子葉中,F(xiàn)tAH4L基因的表達(dá)僅對(duì)茉莉素具有強(qiáng)烈的響應(yīng)。該現(xiàn)象提示,苦蕎胚軸與子葉中可能存在兩套不同的非生物脅迫響應(yīng)機(jī)制,進(jìn)而導(dǎo)致其黃酮積累過(guò)程和機(jī)制的差異。
目前,盡管對(duì)于植物黃酮胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)及其調(diào)控機(jī)制的了解甚為有限,但隨著基因組共表達(dá)微陣列分析和突變體等分子遺傳學(xué)分析的深入,將有助于揭示膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在代謝流調(diào)控中的重要作用[27]。本研究擬進(jìn)一步分析苦蕎在各種逆境脅迫條件下,F(xiàn)tAH4L基因表達(dá)模式及與各種黃酮化合物含量和組織分布規(guī)律,以加深對(duì)苦蕎黃酮胚軸和子葉黃酮轉(zhuǎn)運(yùn)和積累機(jī)制的理解。
參考文獻(xiàn):
[1] SASLOWSKY D,WINKEL-SHIRLEY B.Localization of flavonoid enzymes in Arabidopsis roots[J].Plant Journal,2001,27(1):37-48.
[2] SAURIN W,HOFNUNG M,DASSA E.Getting in or out:early segregation between importers and exporters in the evolution of ATP-binding cassette(ABC)transporters[J].Journal of Molecular Evolution,1999,48(1):22-41.
[3] GOMEZ C,TERRIER N,TORREGROSA L,et al.Grapevine MATE-type proteins act as vacuolar H+-dependent acylated anthocyanin transporters[J].Plant Physiology,2009,150(1):402-415.
[4] PAULSEN I T,BROWN M H,SKURRAY R A.Proton-dependent multidrug efflux systems[J].Microbiological Reviews,1996,60(4):575-608.
[5] HODGES T K,LEONARD R T,BRACKER C E,et al.Purification of an ion-stimulated adenosine triphosphatase from plant roots:association with plasma membranes[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,1972,69(11):3 307-3 311.
[6] WANG M(王 曼),ZHANG Y J(張玉進(jìn)),WANG X Q(王小菁).Extracellular Ca2+and cell membrane components involved in anthocyanin accumulation induced by blue light in Arabidopsis thaliana[J].Acta Biophysica Sinica(生物物理學(xué)報(bào)),2008,24(6):451-459(in Chinese).
[7] BAXTER I R.A plasma membrane H+-ATPase is required for the formation of proanthocyanidins in the seed coat endothelium of Arabidopsis thaliana[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2005,102(7):2 649-2 654.
[8] LIU B,ZHU Y.Extraction of flavonoids from flavonoid-rich parts in tartary buckwheat and identification of the main flavonoids[J].Journal of Food Engineering,2007,78(2):584-587.
[9] WANG H(王 慧).Progress in bioactivity of flavonoids[J].Food and Drug(食品與藥品),2010,12(9):347-350(in Chinese).
[10] SUZUKI T,KIM S J,TAKIGAWA S,et al.Changes in rutin concentration and flavonol-3-glucosidase activity during seedling growth in tartary buckwheat(Fagopyrum tataricumGaertn.)[J].Canadian Journal of Plant Science,2007,87(1):83-87.
[11] ZHAO Y P(趙玉平),XIAO CH L(肖春玲).Determination of total flavones on FagopyrumGaertn of variety organs[J].Journal of Food Science(食品科學(xué)),2005,25(10):264-266(in Chinese).
[12] COMINELLI E,GUSMAROLI G,ALLEGRA D,et al.Expression analysis of anthocyanin regulatory genes in response to different light qualities in Arabidopsis thaliana[J].Journal of Plant Physiology,2008,165(8):886-894.
[13] CAI N(蔡 娜),DAN R(淡 榮),CHEN P(陳 鵬).Effects of water stress on flavonoids content of tartary buckwheat seedlings[J].Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinic(西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)),2008,17(4):91-93(in Chinese).
[14] SUZUKI T,HONDA Y,MUKASA Y.Effects of UV-B radiation,cold and desiccation stress on rutin concentration and rutin glucosidase activity in tartary buckwheat(Fagopyrum tataricum)leaves[J].Plant Science,2005,168(5):1 303-1 307.
[15] PARK,N I,LI X H,SUZUKI T,et al.Differential expression of anthocyanin biosynthetic genes and anthocyanin accumulation in tartary buckwheat cultivars‘Hokkai T8’and‘Hokkai T10’[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2011,59(6):2 356-2 361.
[16] ZHAO H X(趙海霞),WU X F(吳小峰),BAI Y CH(白悅辰),et al.Gene expression analysis of key enzymes and MYB transcription factors in flavonoid biosynthesis pathway during germination of Fagopyrum tataricum[J].Journal of Agricultural Biotechnology(農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào)),2012,20(2):121-128(in Chinese).
[17] YANG W J(楊文杰),WU Y M(吳燕民),TANG Y X(唐益雄),et al.Expressing and functional analysis of GmMYBJ6from soybean[J].Hereditas(Beijing)(遺傳),2009,31(6):645-653(in Chinese).
[18] KIM S J,ZAIDUL I S M,SUZUKI T,et al.Comparison of phenolic compositions between common and tartary buckwheat(Fagopyrum)sprouts[J].Food Chemistry,2008,110(4):814-820.
[19] WU Q(吳 琦),LI CH L(李成磊),CHEN H(陳 惠),et al.Molecular structure characterization of Fagopyrum tataricumchalcone synthase and its tissue-specific expression during florescence[J].Chinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology(中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)),2010,26(12):1 151-1 160(in Chinese).
[20] WANG L(王 萊),YANG Y L(楊穎麗),LI K W(李科文),et al.Advance of plant plasma membrane H+-ATPasein response to salt stress[J].Journal of Northwest Normal University(西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)),2006,42(6):72-77(in Chinese).
[21] WINKEL-SHIRLEY B.Evidence for enzyme complexes in the phenylpropanoid and flavonoid pathways[J].Physiologia Plantarum,1999,107(1):142-149.
[22] HOPP W,SEITZ HU.The uptake of acylated anthocyanin into isolated vacuoles from a cell suspension culture of Daucus carota[J].Planta,1987,170(1):74-85.
[23] VERWEIJ W,SPELT C,DI SANSEBASTIANO G P,et al.An H+-P-ATPase on the tonoplast determines vacuolar pH and flower colour[J].Nature Cell Biology,2008,10(12):1 456-1 462.
[24] BREMER B,BREMER K A,HEIDARI N,et al.Phylogenetics of asterids based on 3coding and 3non-coding chloroplast DNA markers and the utility of non-coding DNA at higher taxonomic levels[J].Molecular Phylogenetics and Evolution,2002,24(2):274-301.
[25] LUO X P(雒曉鵬),BU X X(卜星星),ZHAO H X(趙海霞),et al.Effects of LED lights on the levels of flavonoid during germination of tartary buckwheat[J].Food Science,2015,36(3):64-67(in Chinese).
[26] LI X H,PARK N I,XU H,et al.Differential expression of flavonoid biosynthesis genes and accumulation of phenolic compounds in common buckwheat(Fagopyrum esculentum)[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,58(23):12 176-12 181.
[27] ZHAO J,DIXON R.A.The‘ins’and‘outs’of flavonoids transport[J].Trends in Plant Science,2010,15(2):72-80.
(編輯:宋亞珍)
Cloning and Expression Analysis of Flavonoids Transporter Gene FtAH4LfromFagopyrum tataricum
ZHAO Jinghao,LI Chenglei,YAO Huipeng,CHEN Hui,ZHAO Haixia*,WU Qi
(College of Life Science,Sichuan Agricultural University,Ya’an,Sichuan 625014,China)
The gene FtAH4L,which encoding the autoinhibited H+-ATPase isoform 4like(AH4L)involved into flavonoids transportation,was cloned from tartary buckwheat cultivar Xiqiao No.2(Fagopyrum tatarium).The length of FtAH4Lgene was 3 398bp,and the ORF(Open Reading Frame)was 2 898bp encoding 966amino acids.The molecular weight of FtAH4Lwas 109kD,and its pI was 6.48.Conserved motifs and phylogenetic analysis demonstrated that AH4Ls are relatively conservative in different plant species.At the seedling stage of tartary buckwheat,semi-quantitative RT-PCR analyzed the expression profiles of FtAH4Lgene,and AlCl3colorimetric method measured the total flavonoids content in cotyledons and hypocotyls,after jasmonates treatment and different lighting(White fluorescent,LED White,LED Blue,LED Red and UV-B).The results showed that FtAH4Lexpression and flavonoids content not only had a significant increase(P<0.05),but also showed a positive correlation in cotyledons and hypocotyls after jasmonates treatment.Under all the lightings,F(xiàn)tAH4Lexpression was unremarkable change(P>0.05)while flavonoids content was raised obviously in cotyledons.However,in hypocotyls,F(xiàn)tAH4Lexpression and flavonoids content were promoted notably(P<0.05)except LED Red.Particularly,LED blue and UV-B presented the extremely significant affect(P<0.01).This work could provide an important reference to understand the mechanism of FtAH4Lgene involved in flavonoids transportation in tartary buckwheat.
Fagopyrum tataricum;plasma membrane H+-ATPase gene;gene expression;flavonoids content
Q785;Q786
A
1000-4025(2015)08-1511-07
10.7606/j.issn.1000-4025.2015.08.1511
2015-04-12;修改稿收到日期:2015-06-23
四川省教育廳青年基金(14ZB0008)
趙經(jīng)昊(1988-),男,在讀碩士研究生,主要從事植物分子生物學(xué)研究。E-mail:ayanami_rei2@163.com
*通信作者:趙海霞,副研究員,主要從事資源植物分子生物學(xué)研究。E-mail:zhaohaixia197708@163.com