园艺学报 ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (2): 309-321.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2023-0903
收稿日期:
2024-09-21
修回日期:
2024-12-26
出版日期:
2025-02-25
发布日期:
2025-02-23
通讯作者:
基金资助:
WEN Zhengyang, SUN Jingbo, ZHANG Mengxia, ZHANG Feng, DONG Chunjuan*()
Received:
2024-09-21
Revised:
2024-12-26
Published:
2025-02-25
Online:
2025-02-23
摘要:
利用生物信息方法从黄瓜(Cucumis sativus L.)基因组中克隆到7个铜胺氧化酶(copper amine oxidase,CuAO)基因,其编码蛋白的氨基酸长度在652 ~ 710 aa之间,等电点介于5.41 ~ 8.31之间,系统进化树分析将其分为3个亚族。采用CuAO底物腐胺处理后,黄瓜下胚轴不定根数量增加,而CuAO特异抑制剂氨基胍处理后,不定根数量显著减少;将CuAO的催化产物H2O2与氨基胍复配处理可有效消除氨基胍的抑制效应。qRT-PCR分析发现CsCuAOβ和CsCuAOζ在不定根形成的早期(24 h)高表达,CsCuAOγ1在不定根形成的后期(72 ~ 120 h)高表达;进一步分析不同植物生长调节剂和H2O2信号对CsCuAOβ、CsCuAOζ和CsCuAOγ1的表达调控,发现生长素(IAA)抑制CsCuAOβ和CsCuAOζ的表达,而乙烯合成前体氨基环丙烷羧酸(ACC)促进二者的表达,IAA和ACC对CsCuAOγ1的表达无显著影响,H2O2对三者的表达均有不同程度的诱导作用。将CsCuAOβ、CsCuAOζ、CsCuAOγ1在黄瓜子叶中瞬时表达,发现3个基因均可使子叶中CuAO活性升高,H2O2积累量增加,CsCuAOβ过量表达可促进子叶柄部位不定根形成,而CsCuAOγ1和CsCuAOζ过量表达对不定根形成无显著影响。试验结果表明,黄瓜CsCuAOβ响应乙烯信号,通过产生H2O2信号促进黄瓜不定根形成。
温正阳, 孙靖博, 张梦夏, 张锋, 董春娟. 黄瓜CsCuAO家族基因鉴定及其在不定根形成中的作用研究[J]. 园艺学报, 2025, 52(2): 309-321.
WEN Zhengyang, SUN Jingbo, ZHANG Mengxia, ZHANG Feng, DONG Chunjuan. Identification of CsCuAO Gene Family in Cucumber and Their Regulatory Roles in Adventitious Root Formation[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2025, 52(2): 309-321.
用途Use | 基因Gene | 引物序列(5′-3′) Primer sequence |
---|---|---|
基因克隆 | CsCuAOα1 | F:CATTTGTTTTCAATATATGATTAATGTG;R:ACAAACTCTCAAATCAAATGACCG |
Gene cloning | CsCuAOα2 | F:TTCTCTTCTCCCTCTCACTCCT;R:GACACAACTCATTTAGCTTGTTATTC |
CsCuAOα3 | F:GCCACACCCCTAACATATACATC;R:CGCAAGAGTTGTGGATGAATATC | |
CsCuAOβ | F:ATGAATCCTCTTCTGTTTCTTCTTG;R:TCATTTAAGTAAAGGGTTTCTATCAAAG | |
CsCuAOγ1 | F:CTTACCTCGTCCTTCACTACC;R:TTGTCAATCAAGCCGAGGC | |
CsCuAOγ2 | F:CCACCCAATAAGACAAAGAAAGC;R:CGAGCATTACACACAGGCA | |
CsCuAOζ | F:CGGAGGATAAGAGGAGAAGTGTG;R:GAGCAGTGATGAAGAAGAGAGAGT | |
qRT-PCR | CsCuAOα1 | F:GCGGGTGGAACTGAGTACAG;R:TTTGCCCAACTAACGGAGTGA |
CsCuAOα2 | F:TGGACTCTCAGGAACAGGAAGA;R:GGTCTAAGCTCAAAGCCACG | |
CsCuAOα3 | F:GACACACTGTCAGTTGGGCA;R:CCGAGATTTGGCCTCGGTAT | |
CsCuAOβ | F:TGATTAGACGTGGGGAAGCAG;R:CCCGTTAAAGCAACCCCAAC | |
CsCuAOγ1 | F:ATGGAAAGCCGTATGTGCGA;R:CTCAGTGATATCCATGCCGGT | |
CsCuAOγ2 | F:ACACTTGTAGCTCGCATGGT;R:ATAGCCCAACCTCAACACGA | |
CsCuAOζ | F:TCCAAAGGTGTTGTTCCTCCAA;R:TATCTCTGACCTCTGGCGTG | |
CsActin-7 | F:CCCATCTATGAGGGTTACGCC;R:TGAGAGCATCAGTAAGGTCACGA | |
瞬时表达载体构建 Construction of transient expression vector | CsCuAOβ | F:GGACAGGGTACCCGGGGATCCATGAATCCTCTTCTGTTTCTTCTTGTAC; R:AGTGTCGACTCAGAGGATCCTCATTTAAGTAAAGGGTTTCTATCAAAGT |
CsCuAOγ1 | F:GGACAGGGTACCCGGGGATCCATGGCTGCCAGAAAATATCTCCTC; R:AGTGTCGACTCAGAGGATCCTCAAGCCGAGGCAGCAGGCTTGC | |
CsCuAOζ | F:GGACAGGGTACCCGGGGATCCATGGCCCCAGCTTCGAAA; R:AGTGTCGACTCAGAGGATCCTTAGAGCTTAGCGATGATGGGAG |
表1 本研究中所用的引物
Table 1 Primers used in this study
用途Use | 基因Gene | 引物序列(5′-3′) Primer sequence |
---|---|---|
基因克隆 | CsCuAOα1 | F:CATTTGTTTTCAATATATGATTAATGTG;R:ACAAACTCTCAAATCAAATGACCG |
Gene cloning | CsCuAOα2 | F:TTCTCTTCTCCCTCTCACTCCT;R:GACACAACTCATTTAGCTTGTTATTC |
CsCuAOα3 | F:GCCACACCCCTAACATATACATC;R:CGCAAGAGTTGTGGATGAATATC | |
CsCuAOβ | F:ATGAATCCTCTTCTGTTTCTTCTTG;R:TCATTTAAGTAAAGGGTTTCTATCAAAG | |
CsCuAOγ1 | F:CTTACCTCGTCCTTCACTACC;R:TTGTCAATCAAGCCGAGGC | |
CsCuAOγ2 | F:CCACCCAATAAGACAAAGAAAGC;R:CGAGCATTACACACAGGCA | |
CsCuAOζ | F:CGGAGGATAAGAGGAGAAGTGTG;R:GAGCAGTGATGAAGAAGAGAGAGT | |
qRT-PCR | CsCuAOα1 | F:GCGGGTGGAACTGAGTACAG;R:TTTGCCCAACTAACGGAGTGA |
CsCuAOα2 | F:TGGACTCTCAGGAACAGGAAGA;R:GGTCTAAGCTCAAAGCCACG | |
CsCuAOα3 | F:GACACACTGTCAGTTGGGCA;R:CCGAGATTTGGCCTCGGTAT | |
CsCuAOβ | F:TGATTAGACGTGGGGAAGCAG;R:CCCGTTAAAGCAACCCCAAC | |
CsCuAOγ1 | F:ATGGAAAGCCGTATGTGCGA;R:CTCAGTGATATCCATGCCGGT | |
CsCuAOγ2 | F:ACACTTGTAGCTCGCATGGT;R:ATAGCCCAACCTCAACACGA | |
CsCuAOζ | F:TCCAAAGGTGTTGTTCCTCCAA;R:TATCTCTGACCTCTGGCGTG | |
CsActin-7 | F:CCCATCTATGAGGGTTACGCC;R:TGAGAGCATCAGTAAGGTCACGA | |
瞬时表达载体构建 Construction of transient expression vector | CsCuAOβ | F:GGACAGGGTACCCGGGGATCCATGAATCCTCTTCTGTTTCTTCTTGTAC; R:AGTGTCGACTCAGAGGATCCTCATTTAAGTAAAGGGTTTCTATCAAAGT |
CsCuAOγ1 | F:GGACAGGGTACCCGGGGATCCATGGCTGCCAGAAAATATCTCCTC; R:AGTGTCGACTCAGAGGATCCTCAAGCCGAGGCAGCAGGCTTGC | |
CsCuAOζ | F:GGACAGGGTACCCGGGGATCCATGGCCCCAGCTTCGAAA; R:AGTGTCGACTCAGAGGATCCTTAGAGCTTAGCGATGATGGGAG |
图1 腐胺(Put)处理对黄瓜不定根形成的影响 采用SPSS 26.0软件进行one-way ANOVA分析,不同小写字母表示不同处理间差异显著(P < 0.05)
Fig. 1 Effect of putrescine(Put)application on adventitious root formation of cucumber seedlings Statistical analysis was carried out with SPSS 26.0 software,using one-way ANOVA analysis. Different lowercases indicate significant differences among different treatments(P < 0.05)
图2 CuAO抑制剂氨基胍(AG)对黄瓜不定根形成的影响 采用SPSS 26.0软件进行one-way ANOVA分析,不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)
Fig. 2 Effect of aminoguanidine(AG)application on adventitious root formation of cucumber seedlings Statistical analysis was carried out with SPSS 26.0 software,using one-way ANOVA analysis. Different lowercases indicate significant differences among different treatments(P < 0.05)
图3 氨基胍(AG)与H2O2、γ-氨基丁酸(GABA)、琥珀酸(Succ)和NH3复配处理对黄瓜不定根形成的影响 采用SPSS 26.0软件进行one-way ANOVA分析,不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)
Fig. 3 Effect of co-application of aminoguanidine(AG)with H2O2,γ-aminobutyric acid(GABA),succinic acid(Succ) and NH3 on adventitious root formation of cucumber seedlings Statistical analysis was carried out with SPSS 26.0 software,using one-way ANOVA analysis. Different lowercases indicate significant differences among different treatments(P < 0.05)
基因名称 Gene name | 序列号 Accession No. | 基因位置 Gene locus | 基因长/bp Gene length | 外显子数 Exon number | 内含子数 Intron number | ORF/bp | 蛋白长/aa Protein length | 分子量/kD MW | 等电点 pI |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CsCuAOα1 | CsaV3_7G022600 | Chr7:11469830 ~ 11476230 | 6 401 | 5 | 4 | 2 037 | 678 | 77.27 | 6.49 |
CsCuAOα2 | CsaV3_6G038130 | Chr6:21656887 ~ 21661068 | 4 182 | 5 | 4 | 2 007 | 668 | 75.33 | 6.51 |
CsCuAOα3 | CsaV3_6G038150 | Chr6: 21670803 ~ 21666955 | 3 849 | 6 | 5 | 1 983 | 660 | 75.01 | 5.88 |
CsCuAOβ | CsaV3_6G038140 | Chr6:21661851 ~ 21664612 | 2 762 | 4 | 3 | 1 959 | 652 | 74.23 | 8.73 |
CsCuAOγ1 | CsaV3_5G003800 | Chr5:2454206 ~ 2458762 | 4 557 | 4 | 3 | 2 178 | 725 | 81.37 | 5.79 |
CsCuAOγ2 | CsaV3_5G003790 | Chr5:2448731 ~ 2453203 | 4 473 | 6 | 5 | 2 133 | 710 | 80.45 | 5.41 |
CsCuAOζ | CsaV3_1G001170 | Chr1:659948 ~ 667885 | 7 938 | 12 | 11 | 2 115 | 704 | 79.27 | 6.29 |
表2 黄瓜CsCuAO基因家族成员的序列特征
Table 2 Sequence characteristics of CsCuAO gene family members
基因名称 Gene name | 序列号 Accession No. | 基因位置 Gene locus | 基因长/bp Gene length | 外显子数 Exon number | 内含子数 Intron number | ORF/bp | 蛋白长/aa Protein length | 分子量/kD MW | 等电点 pI |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CsCuAOα1 | CsaV3_7G022600 | Chr7:11469830 ~ 11476230 | 6 401 | 5 | 4 | 2 037 | 678 | 77.27 | 6.49 |
CsCuAOα2 | CsaV3_6G038130 | Chr6:21656887 ~ 21661068 | 4 182 | 5 | 4 | 2 007 | 668 | 75.33 | 6.51 |
CsCuAOα3 | CsaV3_6G038150 | Chr6: 21670803 ~ 21666955 | 3 849 | 6 | 5 | 1 983 | 660 | 75.01 | 5.88 |
CsCuAOβ | CsaV3_6G038140 | Chr6:21661851 ~ 21664612 | 2 762 | 4 | 3 | 1 959 | 652 | 74.23 | 8.73 |
CsCuAOγ1 | CsaV3_5G003800 | Chr5:2454206 ~ 2458762 | 4 557 | 4 | 3 | 2 178 | 725 | 81.37 | 5.79 |
CsCuAOγ2 | CsaV3_5G003790 | Chr5:2448731 ~ 2453203 | 4 473 | 6 | 5 | 2 133 | 710 | 80.45 | 5.41 |
CsCuAOζ | CsaV3_1G001170 | Chr1:659948 ~ 667885 | 7 938 | 12 | 11 | 2 115 | 704 | 79.27 | 6.29 |
图5 黄瓜不定根形成过程中CsCuAO的表达量变化 采用SPSS 26.0软件采用t检验进行统计学分析,* P < 0.05,** P < 0.01
Fig. 5 Expression patterns of CsCuAO genes during adventitious root formation of cucumber Statistical analysis was carried out using SPSS 26.0 software by t-test. * P < 0.05,** P < 0.01
图6 黄瓜不定根形成过程中CsCuAOβ、CsCuAOγ1和CsCuAOζ对激素和H2O2信号的表达响应 采用SPSS 26.0软件进行one-way ANOVA分析,不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)
Fig. 6 Expression levels of CsCuAOβ, CsCuAOγ1 and CsCuAOζ during adventitious root formation in response to plant hormones and H2O2 Statistical analysis was carried out with SPSS 26.0 software,using one-way ANOVA analysis. Different lowercases indicate significant differences among different treatments(P < 0.05)
图7 CsCuAOβ、CsCuAOγ1和CsCuAOζ在黄瓜子叶中瞬时表达量及其对CuAO活性、H2O2含量和不定根形成的影响 采用SPSS 26.0软件采用t检验进行统计学分析,* P < 0.05,** P < 0.01
Fig. 7 Effects of transient expression of CsCuAOβ,CsCuAOγ1 and CsCuAOζ on adventitious root formation in cucumber cotyledon Statistical analysis was carried out using SPSS 26.0 software by t-test. * P < 0.05,** P < 0.01
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