园艺学报 ›› 2023, Vol. 50 ›› Issue (12): 2701-2712.doi: 10.16420/j.issn.0513-353x.2022-1208
陈琪1(), 李婷1, 陈佳琳1, 陈鸥1, 王文军1,2, 姚世响1,2, 曾凯芳1,2,3,*(
)
收稿日期:
2023-01-18
修回日期:
2023-05-08
出版日期:
2023-12-25
发布日期:
2023-12-29
通讯作者:
基金资助:
CHEN Qi1(), LI Ting1, CHEN Jialin1, CHEN Ou1, WANG Wenjun1,2, YAO Shixiang1,2, ZENG Kaifang1,2,3,*(
)
Received:
2023-01-18
Revised:
2023-05-08
Published:
2023-12-25
Online:
2023-12-29
摘要:
为探究柑橘转录因子CsNAC2对果实绿霉病抗病性的影响,以‘锦橙447'为材料,克隆了CsNAC2的编码序列。通过生物信息分析、酵母单杂交、RNA-Seq、凝胶迁移实验和qRT-PCR,探究柑橘转录因子CsNAC2对果实绿霉病抗性的调控作用。结果表明,CsNAC2编码区序列为909 bp,编码302个氨基酸,其蛋白质分子量为34.40 kD。CsNAC2具备NAC家族转录因子的结构特点,在N端含有保守的NAC结构域。在柑橘果实上瞬时过表达CsNAC2能够有效降低果实绿霉病的发病率和病斑直径。转录组分析发现CsNAC2能够参与果实中多个与抗病相关的代谢途径,对木质素合成途径以及氨基酸和核苷酸糖代谢途径进行深入研究发现,CsNAC2能够分别结合这两个途径中的CsLAC7和CsEP3的启动子,瞬时过表达CsNAC2能够提高CsLAC7和CsEP3的表达量。上述结果表明,CsNAC2可能通过激活CsLAC7和CsEP3的表达,从而提高柑橘果实对绿霉病的抗性。
陈琪, 李婷, 陈佳琳, 陈鸥, 王文军, 姚世响, 曾凯芳. 柑橘CsNAC2在果实绿霉病抗病性中的功能和机制研究[J]. 园艺学报, 2023, 50(12): 2701-2712.
CHEN Qi, LI Ting, CHEN Jialin, CHEN Ou, WANG Wenjun, YAO Shixiang, ZENG Kaifang. Studies on Function and Mechanism of CsNAC2 Transcription Factor in Resistance to Green Mold in Citrus[J]. Acta Horticulturae Sinica, 2023, 50(12): 2701-2712.
引物名称 Primer name | 引物序列(5′-3′) Sequence |
---|---|
CsNAC2-For | ATGACGGCTGAGTTACAGTTACCA |
CsNAC2-Rev | TTAAAAGGGTTTCGGAAGGTACATGAA |
CsNAC2-pGBKT7-For | AGGCCGAATTCCCGGGGATCCATGACGGCTGAGTTACAGTTACCA |
CsNAC2-pGBKT7-Rev | CTAGTTATGCGGCCGCTGCAGTTAAAAGGGTTTCGGAAGGTACATGAA |
CsNAC2-pEAQ-For | CAAATTCGCGACCGGTATGACGGCTGAGTTACAGTTACCA |
CsNAC2-pEAQ-Rev | AGTTAAAGGCCTCGAGAAAGGGTTTCGGAAGGTACATGAA |
CsNAC2-GST-For | GGTTCCGCGTGGATCCATGACGGCTGAGTTACAGTTACCA |
CsNAC2-GST-Rev | AGTCACGATGCGGCCGCAAAGGGTTTCGGAAGGTACATGAA |
CsLAC7-probe-For | AATTTTTCACGGCACTGCTTCAATTGTAATGCGTGTGTCAGTAG |
CsLAC7-probe-Rev | TGCTGACAAGCTACTGACACACGCATTACAATTGAAGCAGTG |
CsLAC7-mutant probe-For | AATTTTTAAAAGCACTAAAACAATTGTAATGAAAATGTCAGTAAAAAGTCAGCA |
CsLAC7-mutant probe-Rev | TGCTGACTTTTTACTGACATTTTCATTACAATTGTTTTAGTGCTTTTAAAAATT |
CsEP3-probe-For | TACTCGCTCGACAATAGATCCGTAGTCAACACGGAGGACAAGAA |
CsEP3-probe-Rev | TTCTTGTCCTCCGTGTTGACTACGGATCTATTGTCGAGCGAGTA |
CsEP3-mutant probe-For | TACTCGCTCGACAATAGATCAAAAGTCAAAAAAGAGGACAAGAA |
CsEP3-mutant probe-Rev | TTCTTGTCCTCTTTTTTGACTTTTGATCTATTGTCGAGCGAGTA |
CsLAC7-For | CCTGCAAAACACAGCGTTGA |
CsLAC7-Rev | GTAGGGATCCCGTCCTGAAA |
CsEP3-For | TGTGTCAAAACTCCGTTGCC |
CsEP3-Rev | AGCACAATGAGACGGAGAACT |
Action-For | ATCTGCTGGAAGGTGCTGAG |
Action-Rev | CCAAGCAGCATGAAGATCAA |
表1 试验中所用引物序列
Table 1 Specific primer sequences used in experiments
引物名称 Primer name | 引物序列(5′-3′) Sequence |
---|---|
CsNAC2-For | ATGACGGCTGAGTTACAGTTACCA |
CsNAC2-Rev | TTAAAAGGGTTTCGGAAGGTACATGAA |
CsNAC2-pGBKT7-For | AGGCCGAATTCCCGGGGATCCATGACGGCTGAGTTACAGTTACCA |
CsNAC2-pGBKT7-Rev | CTAGTTATGCGGCCGCTGCAGTTAAAAGGGTTTCGGAAGGTACATGAA |
CsNAC2-pEAQ-For | CAAATTCGCGACCGGTATGACGGCTGAGTTACAGTTACCA |
CsNAC2-pEAQ-Rev | AGTTAAAGGCCTCGAGAAAGGGTTTCGGAAGGTACATGAA |
CsNAC2-GST-For | GGTTCCGCGTGGATCCATGACGGCTGAGTTACAGTTACCA |
CsNAC2-GST-Rev | AGTCACGATGCGGCCGCAAAGGGTTTCGGAAGGTACATGAA |
CsLAC7-probe-For | AATTTTTCACGGCACTGCTTCAATTGTAATGCGTGTGTCAGTAG |
CsLAC7-probe-Rev | TGCTGACAAGCTACTGACACACGCATTACAATTGAAGCAGTG |
CsLAC7-mutant probe-For | AATTTTTAAAAGCACTAAAACAATTGTAATGAAAATGTCAGTAAAAAGTCAGCA |
CsLAC7-mutant probe-Rev | TGCTGACTTTTTACTGACATTTTCATTACAATTGTTTTAGTGCTTTTAAAAATT |
CsEP3-probe-For | TACTCGCTCGACAATAGATCCGTAGTCAACACGGAGGACAAGAA |
CsEP3-probe-Rev | TTCTTGTCCTCCGTGTTGACTACGGATCTATTGTCGAGCGAGTA |
CsEP3-mutant probe-For | TACTCGCTCGACAATAGATCAAAAGTCAAAAAAGAGGACAAGAA |
CsEP3-mutant probe-Rev | TTCTTGTCCTCTTTTTTGACTTTTGATCTATTGTCGAGCGAGTA |
CsLAC7-For | CCTGCAAAACACAGCGTTGA |
CsLAC7-Rev | GTAGGGATCCCGTCCTGAAA |
CsEP3-For | TGTGTCAAAACTCCGTTGCC |
CsEP3-Rev | AGCACAATGAGACGGAGAACT |
Action-For | ATCTGCTGGAAGGTGCTGAG |
Action-Rev | CCAAGCAGCATGAAGATCAA |
图1 CsNAC2与其他物种中NAC转录因子的氨基酸序列比对分析 Mi:杧果;Cc:克莱门柚;Me:木薯;Cp:番木瓜。
Fig. 1 Comparison of amino acid sequences between CsNAC2 and NAC transcription factors in other species Mi:Mangifera indica;Cc:Citrus clementina;Me:Manihot esculenta;Cp:Carica papaya.
图2 CsNAC2与其他物种中NAC转录因子的进化关系 结点处数值表示自展值,值越大该节点置信度越高。
Fig. 2 The evolutionary relationship between CsNAC2 and NAC transcription factors in other species The value at the node represents the bootstrap value,and the larger the value,the higher the confidence of the node.
图4 CsNAC2 瞬时过表达对柑橘果实接种指状青霉引起的绿霉病发病率与病斑直径的影响 ** P < 0.01.
Fig. 4 Effect of transient overexpression of CsNAC2 on the disease incidence and lesion diameter of citrus green mold caused by inoculation of Penicillium digitalum in citrus fruits
途径Pathway | 基因 Gene symbol | log2(FC) | 功能注释 Description | 基因编号 Citrus sinensis ID |
---|---|---|---|---|
苯丙烷生物合成 Phenylpropanoid biosynthesis | COMT1 | 1.07 | 咖啡酸3甲基转移酶 Caffeic acid 3-O-Methyltransferase-like | Cs5g13580 |
COMT | 1.29 | 咖啡酸3甲基转移酶 Caffeic acid 3-O-Methyltransferase-like | Cs5g18050 | |
LAC7 | 1.18 | 漆酶 Laccase-7-like | Cs6g07400 | |
类胡萝卜素生物合成 Carotenoid biosynthesis | NCED1 | 1.18 | 9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶 9-cis-Epoxycarotenoid dioxygenase | Cs2g03270 |
NCED3 | 1.42 | 9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶 9-cis-Epoxycarotenoid dioxygenase | Cs5g14370 | |
氨基酸和核苷酸糖代谢 Amino sugar and nucleotide sugar metabolism | EP3 | 1.38 | 几丁质酶 Chitinase | Cs5g21870 |
角质素、软木脂和蜡质生物合成 Cutin, suberine and wax biosynthesis | CER1 | 1.22 | 乙醛脱羧酶 Aldehyde decarbonylase | Cs1g02750 |
半胱氨酸和蛋氨酸代谢 Cysteine and methionine metabolism | CAS2 | 1.29 | 半胱胺酸合成酶 Cysteine synthase | orange1.1t00386 |
谷胱甘肽代谢 Glutathione metabolism | HSP26-A | 1.06 | 谷胱甘肽S转移酶 Glutathione S-transferase | Cs7g15760 |
植物激素信号转导 Plant hormone signal transduction | IAA29 | 1.25 | 植物激素响应蛋白IAA Auxin-responsive protein IAA | Cs4g18240 |
表2 CsNAC2可能与抗病相关的下游靶基因
Table 2 Possible downstream target genes of CsNAC2 associated with disease resistance
途径Pathway | 基因 Gene symbol | log2(FC) | 功能注释 Description | 基因编号 Citrus sinensis ID |
---|---|---|---|---|
苯丙烷生物合成 Phenylpropanoid biosynthesis | COMT1 | 1.07 | 咖啡酸3甲基转移酶 Caffeic acid 3-O-Methyltransferase-like | Cs5g13580 |
COMT | 1.29 | 咖啡酸3甲基转移酶 Caffeic acid 3-O-Methyltransferase-like | Cs5g18050 | |
LAC7 | 1.18 | 漆酶 Laccase-7-like | Cs6g07400 | |
类胡萝卜素生物合成 Carotenoid biosynthesis | NCED1 | 1.18 | 9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶 9-cis-Epoxycarotenoid dioxygenase | Cs2g03270 |
NCED3 | 1.42 | 9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶 9-cis-Epoxycarotenoid dioxygenase | Cs5g14370 | |
氨基酸和核苷酸糖代谢 Amino sugar and nucleotide sugar metabolism | EP3 | 1.38 | 几丁质酶 Chitinase | Cs5g21870 |
角质素、软木脂和蜡质生物合成 Cutin, suberine and wax biosynthesis | CER1 | 1.22 | 乙醛脱羧酶 Aldehyde decarbonylase | Cs1g02750 |
半胱氨酸和蛋氨酸代谢 Cysteine and methionine metabolism | CAS2 | 1.29 | 半胱胺酸合成酶 Cysteine synthase | orange1.1t00386 |
谷胱甘肽代谢 Glutathione metabolism | HSP26-A | 1.06 | 谷胱甘肽S转移酶 Glutathione S-transferase | Cs7g15760 |
植物激素信号转导 Plant hormone signal transduction | IAA29 | 1.25 | 植物激素响应蛋白IAA Auxin-responsive protein IAA | Cs4g18240 |
图5 CsNAC2对下游靶基因CsLAC7和CsEP3启动子的结合能力 分别以只添加GST蛋白和不添加任何蛋白作为阴性对照,试验组均添加GST-CsNAC2蛋白。标红部分表示NAC下游靶基因启动子区的顺式作用元件NACRS,突变探针是将NACRS的核心基序全部替换成“AAAA”碱基序列。“+”表示添加探针,“−”表示不添加探针,“++”表示加入高浓度的探针。
Fig. 5 The binding ability of CsNAC2 to promoters of downstream target genes CsLAC7 and CsEP3 GST protein and no protein were used as negative controls,respectively,and all experimental groups were added with GST-CsNAC2 protein. The marked red part represents the cis-acting elements NACRS in the promoter of downstream target genes of NAC,and the mutant probe replaced the core motif of NACRS with the“AAAA”base sequence. The symbols“+”and“−”represent presence or absence of the probe and the symbol“++”represent high concentration probe.
图6 CsNAC2瞬时过表达对下游靶基因CsLAC7和CsEP3表达量的影响 ** P < 0.01.
Fig. 6 Effects of transient overexpression of CsNAC2 on the expression levels of downstream target genes CsLAC7 and CsEP3
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