农业生物技术学报

作者：李婷婷, 李玉蕊, 鄢敏丽, 张海星, 王瑞红, 柯卫东, 郭宏波

单位：1西北农林科技大学 化学与药学院, 杨凌 712100; 2武汉市农业科学院 蔬菜研究所, 武汉 430065

关键词：莲藕,多酚氧化酶(PPO),生物信息学,基因表达,

基金：国家重点研发计划(2016YFD0100204-29); 国家级杨凌农业高新技术产业示范区科技攻关计划(2018SF-08)

多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)在植物、动物和昆虫中以多基因家族形式广泛存在。对园艺作物而言,PPO是导致果蔬采后褐变的关键酶。明确植株内PPO家族成员及其功能,是降低其基因表达水平和酶活性的有效手段。为揭示PPO基因家族成员在莲藕(Nelumbo nucifera)中功能,本研究利用生物信息学方法鉴定出莲藕中PPO基因家族成员：PPO1、PPO4、金鱼草素合酶1 (aureusidin synthase 1, AS-1)与AS-2,并对其理化性质、跨膜区、信号肽、亚细胞定位、基因结构、保守基序、二级与三级结构进行预测,通过qPCR方法分别检测PPO酶和基因在不同组织、不同生长时间、不同诱导因子下的活性及基因表达量。结果表明,4个基因CDS区全长在1 740~1 833 bp之间,编码氨基酸数目579~610,分子量66.21~68.65 kD,等电点在5.87~8.59,均属于亲水性不稳定蛋白;PPO1与PPO4无跨膜区、无信号肽,属膜外非分泌蛋白,AS-1无信号肽但有1个跨膜区,AS-2是具有1个跨膜区的分泌蛋白;PPO1与PPO4定位于叶绿体,AS-1定位于内质网,AS-2定位于细胞质;PPO1与PPO4没有内含子但都有12个保守基序,AS-1与AS-2分别具有1个内含子和10个保守基序;该4个蛋白结构非常相似,无规则卷曲是其主要结构元件,α-螺旋、β-转角以及延伸链分散于整个多肽链中;PPO活性与PPO1、PPO4基因表达量在幼芽中最高,AS-1在根中表达量最高,而AS-2在叶中表达量最高;PPO活性与PPO1、PPO4、AS-1基因表达量在不同诱导处理下均升高,而AS-2基因表达量无明显变化;PPO活性随着植株生长时间延长呈现出先增高后下降趋势,PPO1、PPO4与AS-1表达量在第30天左右快速上升,而AS-2无明显变化。本研究为阐明莲藕PPO基因家族成员功能提供了基础资料。

来源：2022年第1期

《农业生物技术学报》期刊编辑部

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