巴西橡胶树水通道蛋白基因cDNA的克隆及其在乙烯利刺激下表达的初步分析

目前,我国已经成为世界上天然橡胶消费的第一大国,但天然橡胶的自给率不足1/3,加之我国热带区域可供橡胶种植的面积非常有限,因此进一步提高橡胶树的胶乳产量已成为天然橡胶业亟待解决的重大课题。橡胶树胶乳产量主要由产胶、排胶和乳管列数等因素决定,产排胶过程与橡胶树韧皮部的水分平衡密切相关,而植物水通道蛋白(Aquaporin,AQP)作为质膜和液泡膜上专一、高效的水分跨膜双向运输通道,可以快速灵敏地调节细胞间和细胞内的水分流动,从而调节植物的生长代谢。因此,广泛存在于原核和真核细胞膜上转运水的特异蛋白-水通道蛋白可能与橡胶树胶乳产量密切相关。但相关方面的研究仅有在橡胶树PB217上克隆的HbPIP2;1和HbTIP1;1两个水通道蛋白基因,且仅局限于未开割树和部分水通道蛋白。有鉴于此,本研究以我国植胶区目前大面积推广种植的巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)‘热研7-33-97’为材料,对水通道蛋白基因进行了克隆和初步的表达分析,主要结论如下: 1.根据不同植物水通道蛋白氨基酸的保守序列设计简并引物,利用RT-PCR和RACE技术,从巴西橡胶树‘热研7-33-97’中克隆了2个水通道蛋白基因的全长cDNA,分别命名为:HbPIP1和HbPIP2,相应序列已在GenBank中登录(GQ479823和GQ479824)。HbPIP1和HbPIP2分别编码287和278个氨基酸。 2.生物信息学分析表明,HbPIP1和HbPIP2不但具有MIP家族信号序列SGXHXNPAVT/SFG ,而且具有高等植物质膜水通道蛋白PIP高度保守序列GGGANXXXXGY和TGI/TNPARSL/FGAAI/VI/VF/YN。同时, HbPIP1和HbPIP2均含有植物水通道蛋白典型的六个跨膜结构域,在第一和第四跨膜区均具有与水通道形成有关的高度保守的EXXXXTXXF/L单元。核酸和氨基酸序列的同源性分析表明,HbPIP1应属于PIP1亚家族成员;HbPIP2应属于PIP2亚家族成员。 3.核苷酸和氨基酸序列分析表明,HbPIP1和HbPIP2与同科植物蓖麻的质膜水通道蛋白的氨基酸序列同源性达到了95%以上,与棉花、杨树、葡萄、拟南芥、胡桃、玉米、蓖麻等植物的质膜水通道蛋白的氨基酸序列同源性在88%以上,与在橡胶树PB217上克隆的两个水通道蛋白基因HbPIP2;1、HbTIP1;1的核苷酸序列同源性分别为69%、72%,和44%、49%,表明HbPIP1和HbPIP2属于巴西橡胶树水通道蛋白家族的新成员。 4. Realtime PCR分析表明,乙烯利处理对HbPIP1和HbPIP2具有明显的时效性,HbPIP1和HbPIP2基因受乙烯利的诱导表达。其表达量均在乙烯利处理6h后达到最高,在处理12h后基因的表达量剧减,在处理36h后基因的表达量又有小幅度的上调,但仍低于处理前水平。