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梅花Pm ABCG9在苯甲醇挥发中的功能分析

2023-07-01分类号:S685.17

【作者】郝瑞杰  邱晨  耿晓云  贾浩田  张雅静  常珺  冯新新  
【部门】山西农业大学园艺学院  山西农业大学城乡建设学院  
【摘要】【目的】挖掘与梅花重要芳香成分跨膜运输相关的基因,进一步完善梅花芳香成分转运机制。【方法】以梅花‘彩枝舞粉’为试材,在分析梅花不同开花时期苯甲醇的挥发量与内源含量基础上,通过加权基因共表达网络(WGCNA)、系统进化树、表达量分析,筛选与苯甲醇跨膜运输相关的ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter)。利用亚细胞定位、转基因技术和底物孵育试验,验证PmABCG9参与转运苯甲醇的功能。【结果】将梅花品种‘彩枝舞粉’的开花进程分为7个时期,苯甲醛、苯甲醇和乙酸苯甲酯在各个时期的挥发物中都能检测到,进入初花期后,这3种成分的总相对含量超过80%,是‘彩枝舞粉’的主要芳香成分。定量分析各主要芳香成分的挥发量和内源含量,苯甲醛内源含量最高,但挥发量最高仅有13.17ng·g~(-1)·h~(-1),苯甲醇内源含量和挥发量最高时期为末花期,挥发量达到82.28 ng·g~(-1)·h~(-1),乙酸苯甲酯挥发量最高时期为盛花期,挥发量为280.21 ng·g~(-1)·h~(-1)。利用WGCNA方法联合分析不同开花时期花朵转录组与芳香成分挥发量数据,获得与苯甲醇挥发量相关性高的turquoise模块,在该模块中鉴定到11个ABCG亚家族基因。通过不同部位、不同时期的表达模式分析,推测PmABCG9与梅花中苯甲醇跨膜转运相关。克隆PmABCG9,分析结果表明该基因具有典型的NBD-TMD结构域,亚细胞定位结果证实其能在细胞膜上表达。构建PmABCG9过表达载体并转化本氏烟草,利用苯甲醇溶液孵育转基因及野生型烟草叶片,顶空分析各株系苯甲醇挥发量,发现转基因烟草挥发量显著高于野生型,证明PmABCG9具有转运苯甲醇的功能。【结论】苯甲醛、苯甲醇、乙酸苯甲酯是梅花‘彩枝舞粉’花期主要的芳香成分。梅花PmABCG9属于ABCG亚家族的半分子转运蛋白类型,PmABCG9的表达与苯甲醇挥发量相关,其能有效地将苯甲醇通过细胞膜转运到空气中。
【关键词】梅花  苯甲醇  PmABCG9  转运  花香
【基金】国家自然科学基金(31870696)
【所属期刊栏目】中国农业科学
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