农业生物技术学报

作者：李林菊, 冯志熙, 李新艺, 魏春梅, 黄海泉, 黄美娟

单位：1 西南林业大学 园林园艺学院,昆明 650224; 2 国家林业和草原局 西南风景园林工程技术工程研究中心/云南省功能性花卉资源及产业化技术工程研究中心/园林园艺花卉研发中心,昆明 650224

关键词：滇水金凤,苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因,基因克隆与分析,表达分析,

基金：国家自然科学基金(32060364; 32060366; 31860230); 云南省重大科技专项(202102AE090052); 云南省园林植物遗传改良与高效繁育博士生导师团队和云南省中青年学术和技术带头人培养项目(2018HB024)

在植物次生代谢途径中,苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase, PAL)是第1个关键酶,与花青素和木质素的合成以及植物抗逆抗病有关,目前,未见滇水金凤(Impatiens uliginosa) PAL基因的相关报道。本研究主要以滇水金凤花器官为实验材料,通过cDNA末端快速扩增技术(rapid-amplification of cDNA ends, RACE)和逆转录PCR (reverse transcription PCR, RT-PCR)等方法对IuPAL进行克隆,并对该基因进行序列分析和qRT-PCR表达分析。结果发现,成功获得了滇水金凤PAL基因的3个片段,分别命名为：IuPAL1、IuPAL2与IuPAL3,其cDNA全长为2 154、2 145和2 136 bp,分别编码717、714和711个氨基酸;其中IuPAL1与IuPAL2基因含有1个内含子,IuPAL3不含内含子。运用生物信息学软件对IuPAL进行分析,发现3个IuPAL蛋白均属于稳定的亲水蛋白,且均以α螺旋为主要的二级结构。基因同源性比对结果显示,滇水金凤IuPAL蛋白与其他植物中的PAL蛋白同源性较高,均达到80%以上。系统进化分析发现,IuPAL1与IuPAL2聚为一支,而IuPAL3与IuPAL1、IuPAL2共聚为一大支,推测三者为直系同源关系。qRT-PCR分析结果表明,3个IuPAL在滇水金凤的4种不同花色花的4个不同阶段均有表达,其中IuPAL1和IuPAL2在深红色花中表达量最高,IuPAL3在粉色花中表达量最高,而IuPAL1、IuPAL2和IuPAL3在白色花中表达量均最低。推测PAL基因的3个拷贝均参与了滇水金凤花青素的合成,且他们之间存在冗余作用,其中以PAL1和PAL2为深红色花花青素合成途径中的主效基因。上述结果为进一步研究PAL基因在滇水金凤花色变异机理及新品种培育等方面提供了基础数据和理论依据。

来源：2023年第11期

《农业生物技术学报》期刊编辑部

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