园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (6): 1463-1476.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2024-0160
收稿日期:
2025-03-19
修回日期:
2025-05-20
出版日期:
2025-06-20
发布日期:
2025-06-20
通讯作者:
基金资助:
LI Meiqing, LUO Sifei, JIA Yaohao, WANG Weigui, and SUN Jin*()
Received:
2025-03-19
Revised:
2025-05-20
Published:
2025-06-20
Online:
2025-06-20
摘要:
本研究以‘中农12号’黄瓜(Cucumis sativus L.)为材料,分析黄瓜CsMDC的表达情况,进一步验证其在叶绿素降解过程中的作用。对CsMDC蛋白的理化性质进行分析预测,发现其与同科同属植物甜瓜(Cucumis melo L.)相似度最高,其次是同科异属植物冬瓜(Benincasa hispida Cogn.)、南瓜(Cucurbita moschata Duch.)、笋瓜(Cucurbita maxima Duch.)等,与其他科植物的相似度较低,表明MDC具有明显的种属特征;qRT-PCR分析不同外源生长调节剂处理与非生物胁迫下CsMDC的表达模式,其具有不同的应答特征,该基因在衰老组织中相对表达量最高;构建CsMDC过表达烟草进行功能验证,过表达烟草叶绿素含量、干鲜比、净光合速率等均显著低于野生型,活性氧含量显著高于野生型,qRT-PCR结果显示过表达烟草在受到黑暗胁迫后光系统蛋白基因表达量显著下降,叶绿素降解相关基因表达量显著提高。以上说明黄瓜CsMDC与叶绿素降解密切相关,受不同激素和非生物胁迫诱导,正向调控叶绿素降解及植物衰老。
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用途Application | 引物名称Primer name | 引物序列(5′-3′)Primer sequence |
---|---|---|
CsMDC全长PCR PCR of CsMDC full length | CsMDC-F | TTAAACCGATCACAAACC |
CsMDC-R | AGGGCAGTCAATAAAATG | |
CsMDC实时荧光定量PCR qRT-PCR of CsMDC | qPCR-CsMDC-F | CGCAAAGAACTCCCTGTGGT |
qPCR-CsMDC-R | AATGCAAGTAATTTGCTGATAGTGT | |
CsAction实时荧光定量PCR qRT-PCR of CsActin | CsActin-F | CAGGAATCCACGAAACTACT |
CsActin-R | AGACCCTCCAATCCAAACAC |
表1 CsMDC基因PCR及qRT-PCR引物
Table 1 The primers of CsMDC gene of PCR or qRT-PCR
用途Application | 引物名称Primer name | 引物序列(5′-3′)Primer sequence |
---|---|---|
CsMDC全长PCR PCR of CsMDC full length | CsMDC-F | TTAAACCGATCACAAACC |
CsMDC-R | AGGGCAGTCAATAAAATG | |
CsMDC实时荧光定量PCR qRT-PCR of CsMDC | qPCR-CsMDC-F | CGCAAAGAACTCCCTGTGGT |
qPCR-CsMDC-R | AATGCAAGTAATTTGCTGATAGTGT | |
CsAction实时荧光定量PCR qRT-PCR of CsActin | CsActin-F | CAGGAATCCACGAAACTACT |
CsActin-R | AGACCCTCCAATCCAAACAC |
基因Gene | 正向引物(5′-3′)Forward primer | 反向引物(5′-3′)Reverse primer |
---|---|---|
NtRbcL | GTCCCCTGTTGGGATGTACTATT | TGTGAGTTCACGTTCTCATCATC |
NtRbcS | TCATTGGATTCGACAACGTG | CACAACCCCTAAAGACAAGACA |
NtLhcb1 | GCTGCTACAATGGCTCTTT | TGGCGACAGTCTTTCTCA |
NtLhcb2 | TCCGAGCAAACTCCATCT | CAGTGTCCCATCCGTAA |
NtLhcb4 | GAGATGGGCTATGTTGGC | TGGAGAATGGGAGTGGTT |
NtNYC | TAAACAACGCTGGGACAA | TAAACAACGCTGGGACAA |
NtRCCR | CTGTGGAGAATCGGCTTGG | ACCTGGGAAGAGGAGTGGC |
NtActin | CATTGGCGCTGAGAGATTCC | GCAGCTTCCATTCCGATCA |
表2 叶绿素降解相关基因qPCR引物
Table 2 qPCR primers for the Chl. degredation genes of tobacco
基因Gene | 正向引物(5′-3′)Forward primer | 反向引物(5′-3′)Reverse primer |
---|---|---|
NtRbcL | GTCCCCTGTTGGGATGTACTATT | TGTGAGTTCACGTTCTCATCATC |
NtRbcS | TCATTGGATTCGACAACGTG | CACAACCCCTAAAGACAAGACA |
NtLhcb1 | GCTGCTACAATGGCTCTTT | TGGCGACAGTCTTTCTCA |
NtLhcb2 | TCCGAGCAAACTCCATCT | CAGTGTCCCATCCGTAA |
NtLhcb4 | GAGATGGGCTATGTTGGC | TGGAGAATGGGAGTGGTT |
NtNYC | TAAACAACGCTGGGACAA | TAAACAACGCTGGGACAA |
NtRCCR | CTGTGGAGAATCGGCTTGG | ACCTGGGAAGAGGAGTGGC |
NtActin | CATTGGCGCTGAGAGATTCC | GCAGCTTCCATTCCGATCA |
图2 19个物种MDC氨基酸序列系统进化关系 位于横线上方的小数代表进化分支长度,节点附近的整数为自展值
Fig. 2 Evolutionary relationships of MDC amino acid sequences of 19 species The decimal above the horizontal line represents the length of the evolutionary branch,and the integer near the node is the bootstrap value
图3 黄瓜叶片CsMDC在不同外源植物生长调节剂处理与非生物胁迫下的qRT-PCR分析 对照:叶面喷施蒸馏水;外源ABA、GA3、SA和MeJA处理:分别在叶面喷施100 μmoL · L-1的ABA、GA3、SA和MeJA;干旱处理:20 %(w/v)聚乙二醇(PEG-6000);高温处理:42 ℃;低温处理:4 ℃;黑暗处理:光照强度0 μmoL · m-2 · s-1。使用2-ΔΔCT方法计算基因的相对表达量(Livak & Schmittgen,2001),经正态性检验证明数据符合正态性,采用独立样本t检验进行显著性分析,* P < 0.05,** P < 0.01,*** P < 0.001
Fig. 3 qRT-PCR analysis of CSMDC in cucumber leaves under different exogenous plant growth regulator treatments and abiotic stresses Control group:foliar spray with distilled water;Exogenous ABA,GA3,SA,and MeJA treatments:foliar spray with 100 μmoL · L⁻¹ ABA,GA3,SA,and MeJA,respectively;Drought treatment:20%(w/v)polyethylene glycol(PEG-6000);High temperature treatment:42 ℃;Low temperature treatment:4 ℃;Darkness treatment:Light intensity 0 μmoL · m-2 · s-1. Relative expression was calculated using the 2-∆∆CTmethod(Livak et al.,2001). Independent samples t-test was applied for significance analysis after confirming normality of the data through normality tests. * P < 0.05,** P < 0.01,*** P < 0.001
图4 黄瓜不同组织中CsMDC的相对表达量 使用2-∆∆CT方法计算基因的相对表达量(Livak & Schmittgen,2001),经正态性检验证明数据符合正态性,采用单因素ANOVA和Duncan’s检验进行显著性分析,不同小写字母表示有显著差异,P < 0.05,下同
Fig. 4 Tissue-specific expression of CsMDC in cucumber Relative expression was calculated using the 2-∆∆CT method. Normality tests confirmed that the data met the normality assumption. Statistical significance was analyzed by one-way ANOVA followed by Duncan’s multiple range test and different lowercase letters indicate significant differences,P < 0.05,the same below
图5 黄瓜CsMDC转基因烟草的PCR鉴定(A)、qRT-PCR鉴定(B)、黑暗处理前后的烟草表型图(C)和干鲜比(D)
Fig. 5 The PCR analysis(A),qRT-PCR analysis(B),phenotype images of tobacco before and after dark treatment(C),and dry weight to fresh weight ratio(D)of cucumber CsMDC transgenic tobacco
图6 黑暗处理前后黄瓜CsMDC转基因烟草植株的叶绿素含量、净光合速率、叶片最大光化学效率[Fv/Fm]和非调节性能量耗散的量子产量[Y(NO)]
Fig. 6 Chlorophyll content,net photosynthetic rate,maximum photochemical efficiency of leaves,and quantum yield of non-regulated energy dissipationin cucumber CsMDC transgenic tobacco plants before and after dark treatment
图7 黑暗处理前后黄瓜CsMDC转基因烟草的过氧化氢含量、超氧阴离子含量和超氧阴离子产生速率
Fig. 7 H2O2 content,O2- content,and O2- production rate in cucumber CsMDC transgenic tobacco before and after dark treatment
图8 黑暗处理前后黄瓜CsMDC转基因烟草叶绿素降解相关基因的相对表达量 野生型烟草不含CsMDC基因,因此图中不显示
Fig. 8 Relative expression of chlorophyll degradation-related genes in cucumber CsMDC transgenic tobacco before and after dark treatment Wild type tobacco lacks the CsMDC gene,resulting in no detectable signal in this figure
图9 黑暗处理前后黄瓜CsMDC转基因烟草光系统相关基因的相对表达量 Lhcb1、Lhcb2、Lhcb4、RbcL和RbcS:光系统蛋白基因;GLN1:谷氨酰胺合成酶基因,该基因编码蛋白通过氮同化和光呼吸调控间接支持光合作用(Ji et al.,2019)
Fig. 9 Relative expression of photosystem-related genes in cucumber CsMDC transgenic tobacco before and after dark treatment Lhcb1、Lhcb2、Lhcb4、RbcL and RbcS:Photosystem protein genes;GLN1:Glutamine synthetase gene,which encodes a protein that indirectly supports photosynthesis through nitrogen assimilation and photorespiration regulation
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