园艺学报 ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (5): 1005-1016.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0232
收稿日期:
2023-06-06
修回日期:
2024-03-11
出版日期:
2024-05-25
发布日期:
2024-05-29
通讯作者:
**(E-mail:sxndwwj@sxau.edu.cn)
作者简介:
基金资助:
WANG Wenjiao**(), XING Junjie, SHEN Chengcheng, LI Bin
Received:
2023-06-06
Revised:
2024-03-11
Published:
2024-05-25
Online:
2024-05-29
Contact:
**(E-mail:sxndwwj@sxau.edu.cn)
摘要:
以黄瓜(Cucumis sativus L.)蜡质合成基因CsCER1启动子序列中的70 bp片段作为诱饵进行酵母单杂文库筛选,结合转录组数据分析筛选得到HSPA2、ZFP、COL5、GLO1、PGK共5个基因,并将CsCOL5作为候选基因进一步研究。荧光定量结果显示,CsCOL5在黄瓜的各个组织部位均有表达,其中在雄花中表达最高。克隆CsCOL5并通过CRISPR/Cas9技术创制敲除CsCOL5的株系col5,荧光定量结果表明敲除CsCOL5使得CsCER1的表达降低,并且col5敲除株系的蜡质总含量比对照下降了84% ~ 86%。据此推测CsCOL5可能通过与CsCER1启动子结合来调控黄瓜果实蜡质的合成。
王文娇, 邢军杰, 申成丞, 李斌. 黄瓜蜡质基因CsCER1调控因子CsCOL5的筛选及其功能分析[J]. 园艺学报, 2024, 51(5): 1005-1016.
WANG Wenjiao, XING Junjie, SHEN Chengcheng, LI Bin. Screening and Functional Analysis of CsCOL5,the Upstream Regulator of CsCER1,in Cucumber Pericarp Wax Synthesis[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2024, 51(5): 1005-1016.
图1 黄瓜CsCOL5基因和靶点的示意图 A:黑色方框和线条分别代表外显子和非编码区,红色竖线表示靶点位置和设计的gRNA名称。B、C:载体示意图,将B图中红色虚线部分用内切酶切下转入C图的polylinker上。
Fig. 1 Schematic diagram of CsCOL5 gene and target in cucumber A:The black boxes and lines represent exons and non-coding regions,respectively. The red vertical bars indicate the target location and the gRNAs name of the design. B,C:Carrier diagram. The red dotted line in B was cut off with endonucliase and transferred to the polylinker of C.
图2 CsCER1的启动子顺式作用元件分布位置(A)及诱饵选择(B) 启动子元件包括:厌氧诱导(ARE)、光响应相关元件(AE-box、Box-4、TCT-motif、G-box、L-box、LAMP-element),蛋白结合位点(Box-III),MYB参与干旱诱导的结合位点元件(MBS),赤霉素响应(P-box、TATC-box),参与防御和应激反应(TC-rich),水杨酸反应(TCA-element),昼夜节律控制元件(Circadian)。
Fig. 2 Location of promoter cis-acting element distribution(A)and decoy selection(B)of the CsCER1 gene The promoter elements include anaerobic induction(ARE),light responsive element(AE-box,Box-4,TCT-Motif,G-box,L-box,LAMP-element),protein binding sites(Box-III),MYB binding sites involved in drought-inducibility(MBS),gibberellin response(P-box,TATC-box),defense and stress responsiveness(TC-rich),salicylic acid response(TCA-element),circadian control(Circadian).
图3 酵母单杂交验证COL5、PERK1与CSCER1启动子互作 10-1、10-2、10-3和10-4为酵母Y1HGold(pAbAi-CsCER1)溶液的稀释梯度。
Fig. 3 The result of interaction between COL5 and CsCER1,PERK1 and CsCER1 10-1,10-2,10-3 and 10-4 were the dilution gradients of yeast Y1HGold(pAbAi-CsCER1)solution.
基因库ID Gene bank ID | 基因名 Gene name | 基因组ID Genome ID | 功能描述 Description | 亚细胞定位 Subcellular localization | 转录因子 TF |
---|---|---|---|---|---|
KAA0042485.1 | HSPA2 | CsaV3_5G026450.1 | 热休克同源的70 kD蛋白2-like Heat shock cognate 70 kD protein 2-like | 细胞质、细胞核 Cytoplasm,nucleus | 是 Yes |
KAA0053034.1 | ZFP | CsaV3_3G001590.1 | 推定的锌结合蛋白 Putative zinc-binding protein | 细胞核 Nucleus | 是 Yes |
KAE8637537.1 | hypothetical protein | CsaV3_UNG165240.1 | 假定的蛋白质CSA_017393 Hypothetical protein CSA_017393 | 细胞核、线粒体 Nucleus,mitochondria | 是 Yes |
XM_004139789.3 | PGK | CsaV3_7G022930.1 | 黄瓜磷酸甘油酸激酶 Cucumis sativus phosphoglycerate kinase | 细胞核、细胞质、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XM_011659861.2 | UBQ14 | CsaV3_6G049240.1 | 黄瓜的聚泛素 Cucumis sativus polyubiquitin | 细胞质、细胞核、液泡 Cytoplasm,nucleus,vacuole | 是 Yes |
XP_004134215.1 | TCTP | CsaV3_3G014730.1 | 翻译控制肿瘤蛋白 Translationally-controlled tumor protein homolog | 细胞质、细胞核、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XP_004135973.1 | PP2C49 | CsaV3_7G030300.1 | 蛋白磷酸酶2C 49 Probable protein phosphatase 2C 49 | 细胞质、细胞核、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XP_004136304.2 | AIG2 | CsGy3G042330.1 | 类似AIG2的蛋白质D的异构体 X1 AIG2-like protein D isoform X1 | 细胞质、细胞核、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XP_004144847.1 | HIPP26.1 | CsaV3_7G001010.1 | 与重金属相关的异戊烯酸化植物蛋白26 Heavy metal-associated isoprenylated plant protein 26 | 细胞质、细胞核 Cytoplasm,nucleus | 是 Yes |
XP_004146297.1 | COL5 | CsGy1G019700.1 | 锌指蛋白CONSTANS-LIKE 5-like Zinc finger protein CONSTANS-LIKE 5-like | 细胞质、细胞核、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XP_004146881.1 | DHNA2 | CsaV3_4G004540.1 | 二氢蝶呤醛缩酶2 Dihydroneopterin aldolase 2 | 细胞质、细胞核 Cytoplasm,nucleus | 是 Yes |
XP_004150052.1 | PERK1 | CsaV3_1G024290.1 | 富含脯氨酸的受体样蛋白激酶PERK1 Proline-rich receptor-like protein kinase PERK1 | 细胞核 Nucleus | 是 Yes |
XP_004152924.1 | DEAD32 | CsaV3_3G005200.1 | 依赖型DEAD-box RNA解旋酶 DEAD-box ATP-dependent RNA helicase 32 | 细胞质、细胞核 Cytoplasm,nucleolus | 是 Yes |
XP_008439666.1 | DNA-binding protein | Csa6G522140.1 | DNA结合蛋白 DDB_G0278111 DNA-binding protein DDB_G0278111 | 细胞核、胞质溶胶 Nucleus,cytosol | 是 Yes |
XP_011658294.1 | GLO1 | CsaV3_6G051820.1 | GLO1乙醇酸氧化酶 (S)-2-hydroxy-acid oxidase GLO1 | 细胞质、细胞核、线粒体 Cytoplasm,nucleus,mitochondria | 是 Yes |
表1 酵母单杂交筛选结果阳性克隆定位分析
Table 1 Y1H screening results positive clonal localization analysis
基因库ID Gene bank ID | 基因名 Gene name | 基因组ID Genome ID | 功能描述 Description | 亚细胞定位 Subcellular localization | 转录因子 TF |
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KAA0042485.1 | HSPA2 | CsaV3_5G026450.1 | 热休克同源的70 kD蛋白2-like Heat shock cognate 70 kD protein 2-like | 细胞质、细胞核 Cytoplasm,nucleus | 是 Yes |
KAA0053034.1 | ZFP | CsaV3_3G001590.1 | 推定的锌结合蛋白 Putative zinc-binding protein | 细胞核 Nucleus | 是 Yes |
KAE8637537.1 | hypothetical protein | CsaV3_UNG165240.1 | 假定的蛋白质CSA_017393 Hypothetical protein CSA_017393 | 细胞核、线粒体 Nucleus,mitochondria | 是 Yes |
XM_004139789.3 | PGK | CsaV3_7G022930.1 | 黄瓜磷酸甘油酸激酶 Cucumis sativus phosphoglycerate kinase | 细胞核、细胞质、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XM_011659861.2 | UBQ14 | CsaV3_6G049240.1 | 黄瓜的聚泛素 Cucumis sativus polyubiquitin | 细胞质、细胞核、液泡 Cytoplasm,nucleus,vacuole | 是 Yes |
XP_004134215.1 | TCTP | CsaV3_3G014730.1 | 翻译控制肿瘤蛋白 Translationally-controlled tumor protein homolog | 细胞质、细胞核、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XP_004135973.1 | PP2C49 | CsaV3_7G030300.1 | 蛋白磷酸酶2C 49 Probable protein phosphatase 2C 49 | 细胞质、细胞核、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XP_004136304.2 | AIG2 | CsGy3G042330.1 | 类似AIG2的蛋白质D的异构体 X1 AIG2-like protein D isoform X1 | 细胞质、细胞核、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XP_004144847.1 | HIPP26.1 | CsaV3_7G001010.1 | 与重金属相关的异戊烯酸化植物蛋白26 Heavy metal-associated isoprenylated plant protein 26 | 细胞质、细胞核 Cytoplasm,nucleus | 是 Yes |
XP_004146297.1 | COL5 | CsGy1G019700.1 | 锌指蛋白CONSTANS-LIKE 5-like Zinc finger protein CONSTANS-LIKE 5-like | 细胞质、细胞核、线粒体 Nucleus,cytoplasm,mitochondria | 是 Yes |
XP_004146881.1 | DHNA2 | CsaV3_4G004540.1 | 二氢蝶呤醛缩酶2 Dihydroneopterin aldolase 2 | 细胞质、细胞核 Cytoplasm,nucleus | 是 Yes |
XP_004150052.1 | PERK1 | CsaV3_1G024290.1 | 富含脯氨酸的受体样蛋白激酶PERK1 Proline-rich receptor-like protein kinase PERK1 | 细胞核 Nucleus | 是 Yes |
XP_004152924.1 | DEAD32 | CsaV3_3G005200.1 | 依赖型DEAD-box RNA解旋酶 DEAD-box ATP-dependent RNA helicase 32 | 细胞质、细胞核 Cytoplasm,nucleolus | 是 Yes |
XP_008439666.1 | DNA-binding protein | Csa6G522140.1 | DNA结合蛋白 DDB_G0278111 DNA-binding protein DDB_G0278111 | 细胞核、胞质溶胶 Nucleus,cytosol | 是 Yes |
XP_011658294.1 | GLO1 | CsaV3_6G051820.1 | GLO1乙醇酸氧化酶 (S)-2-hydroxy-acid oxidase GLO1 | 细胞质、细胞核、线粒体 Cytoplasm,nucleus,mitochondria | 是 Yes |
图4 候选基因在黄瓜少蜡LCW和多蜡HCW材料中的差异表达(A)与启动子元件分析(B) A图红点代表在HCW和LCW中的表达量存在差异的基因。B图中的启动子元件为:光响应元件(AAAC、ACE、AE-box、Box-4、G-Box、GATA-motif、GT1-motif、I-box、GATT-motif、GA-motif、Gap-box、MRE),脱落酸响应(ABRE),厌氧诱导(ARE),生长素相关(AuxRE、AuxRR),MYB参与干旱诱导的结合位点元件(MBS),茉莉酸响应(CGTCA-motif),低温响应(LTR),玉米蛋白代谢调控(O2-site),栅栏叶肉细胞的分化(HD-Zip),分生组织相关(CAT-box),赤霉素响应(GARE-motif)。
Fig. 4 Differential expression(A)of candidate genes in different waxy cucumber materialsand promoter elements(B) The red dots in Figure A represent genes with different expression levels of‘ HCW and LCW. The promoter elements in Figure B is the light responsive(AAAC,ACE,AE-box,Box-4,G-Box,GATA-motif,GT1-motif,I-box,GATT-motif,GA-motif,Gap-box,MRE),the abscisic acid responsiveness(ABRE),the anaerobic induction(ARE),part of an auxin-responsive element(AuxRE,AuxRR),MYB binding sites involved in drought-inducibility(MBS),the MeJA-responsiveness(CGTCA-motif),low-temperature responsiveness(LTR)zein metabolism regulation(O2-site),differentiation of the palisade mesophyll cells(HD-Zip),cis-acting regulatory element related to meristem expression(CAT-box),gibberellin-responsive element(GARE-motif).
图5 CsCOL5在黄瓜不同组织中表达量的实时荧光定量 不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),下同。
Fig. 5 Fluorescence quantification of CsCOL5 in different tissue sites Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level. The same below.
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