邢文婷李科明賈彩紅舒海燕王安邦孫佩光許桂鶯，4

（1. 海南省林業(yè)科學(xué)研究所，?？?571100；2. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院?？趯?shí)驗(yàn)站，?？?570102；3. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物生物技術(shù)研究所，?？?571101；4. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，武漢 430070）

香蕉海藻糖合成酶基因（MaTPS5)生物學(xué)及表達(dá)特性分析

邢文婷1李科明2賈彩紅3舒海燕2王安邦2孫佩光2許桂鶯2，4

（1. 海南省林業(yè)科學(xué)研究所，海口 571100；2. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院海口實(shí)驗(yàn)站，?？?570102；3. 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物生物技術(shù)研究所，?？?571101；4. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，武漢 430070）

通過(guò)研究香蕉MaTPS5基因的生物學(xué)功能，探討海藻糖合成酶基因在香蕉植株抗逆反應(yīng)中的作用。利用隨機(jī)克隆測(cè)序法從香蕉根系轉(zhuǎn)錄組中獲得海藻糖合成酶基因，命名為MaTPS5。生物信息學(xué)分析表明，MaTPS5全長(zhǎng)cDNA序列3 081 bp，完整開(kāi)放閱讀框2 559 bp，編碼852個(gè)氨基酸；MaTPS5蛋白屬于不穩(wěn)定、疏水性蛋白，等電點(diǎn)pI6.52，有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域GT1-TPS和TPP，定位于細(xì)胞質(zhì)中，含2個(gè)跨膜區(qū)域，不存在信號(hào)肽；與已知植物TPS氨基酸序列同源性達(dá)到77.31%；進(jìn)化分析表明，香蕉MaTPS5氨基酸序列與野蕉TPS氨基酸序列聚為一類(lèi)，說(shuō)明二者親緣關(guān)系較近，具有共同的祖先。組織特異性表達(dá)研究表明MaTPS5在球莖、葉、花中表達(dá)量較高，在根中表達(dá)量最低。qRT-PCR分析表明，MaTPS5響應(yīng)激素ACC和鹽的處理，表達(dá)量在24 h均達(dá)到極顯著水平。在Foc TR4病原菌處理后，表達(dá)量升高，并在3個(gè)時(shí)段保持一致。結(jié)果表明，MaTPS5可能依賴(lài)乙烯信號(hào)傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)自身表達(dá)，合成海藻糖，參與香蕉抗逆反應(yīng)。

香蕉；海藻糖-6-磷酸合成酶基因5（TPS5）；生物信息學(xué)；表達(dá)分析

在不同的脅迫環(huán)境中，海藻糖是許多生物體具有重要作用的二糖。其具有生物抗逆性，無(wú)毒性，不被糖苷酶水解，在非生物脅迫條件下保護(hù)蛋白質(zhì)、生物膜等生物大分子物質(zhì)或細(xì)胞膜。海藻糖可以直接清除活性氧，在植物熱脅迫及恢復(fù)過(guò)程中對(duì)保護(hù)光合作用機(jī)制起重要作用［1］。而其生物合成通過(guò)高度保守的海藻糖合成酶途徑完成，由海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）和T6P磷酸酯酶（TPP）兩種酶催化完成［2，3］。20世紀(jì)90年代，最先在厥類(lèi)植物中被發(fā)現(xiàn)，打破了植物體中不存在海藻糖的傳言，開(kāi)創(chuàng)了植物海藻糖研究的新紀(jì)元［4］，使不同植物中的海藻糖合成酶基因相繼被克隆、進(jìn)行功能分析［5］。在許多開(kāi)花植物中海藻糖和它的前體海藻糖-6-磷酸的含量非常低，分別低于10 μmol/g鮮重和10 nmol/g鮮重，是由于TPS/TPP基因在過(guò)表達(dá)或突變時(shí)植物代謝和發(fā)育也隨之發(fā)生改變［6，7］。美國(guó)學(xué)者發(fā)明了一項(xiàng)利用海藻糖-6-磷酸合成酶基因調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的專(zhuān)利，通過(guò)下調(diào)表達(dá)海藻糖-6-磷酸合成酶基因以提高植物生物量［8］。棉花所有TPS基因家族成員分為2個(gè)亞家族（Class I 和Class II），這2個(gè)亞家族基因遺傳結(jié)構(gòu)不同，但在脅迫條件下均能被誘導(dǎo)表達(dá)，響應(yīng)環(huán)境不同脅迫［9］。水稻基因組11條OsTPS基因中只有OsTPS1具有TPS活性，在低溫、高鹽、干旱脅迫下，轉(zhuǎn)OsTPS1基因水稻植株抗逆性增強(qiáng)，轉(zhuǎn)基因株系海藻糖和脯氨酸含量高于野生型，同時(shí)OsTPS1基因過(guò)表達(dá)使WSI18、RAB16C、HSP70、ELIP等相關(guān)脅迫基因上調(diào)表達(dá)［10，11］。

關(guān)于非生物脅迫條件下海藻糖增強(qiáng)植物抗逆性的研究報(bào)道已屢見(jiàn)不鮮［12，13］。但目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)香蕉海藻糖基因在非生物脅迫下的生物學(xué)功能研究卻少有報(bào)道，現(xiàn)僅有1篇文獻(xiàn)報(bào)道香蕉海藻糖合成酶基因在生物脅迫下的功能研究［14］。香蕉是熱帶地區(qū)人們的主要糧食作物和經(jīng)濟(jì)收入來(lái)源。但土地干旱，農(nóng)藥、肥料的不恰當(dāng)使用，使土地鹽堿化日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致香蕉產(chǎn)量遭受不同程度的影響。為豐富香蕉抗逆基因資源，本實(shí)驗(yàn)以香蕉苗為材料，對(duì)香蕉海藻糖-6-磷酸合成酶基因（MaTPS5）進(jìn)行初步的生物信息學(xué)分析，借助qRT-PCR分析MaTPS5在不同脅迫下的表達(dá)量，以期為進(jìn)一步探討MaTPS5是否參與香蕉抗逆機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

香蕉苗源自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶生物技術(shù)研究所澄邁香蕉種植園。取正常條件下生長(zhǎng)的五葉一心香蕉幼苗（Musa acuminata L. AAA group cv. Brazilian）的根、球莖、假莖、葉片，以及該品種成年香蕉樹(shù)的花和果實(shí)，用清水清洗不同香蕉組織器官后立即用液氮速凍，于-70℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方法

1.2.1 蛋白質(zhì)同源序列比對(duì)及系統(tǒng)發(fā)生分析 從香蕉根系轉(zhuǎn)錄組中通過(guò)隨機(jī)克隆、測(cè)序，以獲得香蕉海藻糖合成酶基因5，將全長(zhǎng)DNA序列在NCBI ORF Finder中查找開(kāi)放閱讀框，利用ProtParam（http://web.expasy.org/protparam/）在線(xiàn)分析其理化性質(zhì)，PSORT Prediction軟件預(yù)測(cè)亞細(xì)胞定位情況，SignalP 4.1 Server、TMpred軟件分析蛋白信號(hào)肽和跨膜結(jié)構(gòu)，NCBI Conserved Domain軟件推導(dǎo)MaTPS5氨基酸序列保守結(jié)構(gòu)域。

在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)BLASTx中查找同源序列，利用DNAMAN軟件進(jìn)行同源序列比對(duì)，通過(guò)MEGA5.0軟件分析MaTPS5蛋白與其他植物TPS蛋白序列的進(jìn)化關(guān)系，構(gòu)建分子進(jìn)化樹(shù)。

1.2.2 MaTPS5在不同組織中特異性表達(dá)分析 采用改良的CTAB方法（Wan and Wilkins，1994）提取香蕉根、莖、葉、花、果實(shí)5種器官的總RNA。利用M-MLV反轉(zhuǎn)錄酶（TaKaRa公司）合成第一條鏈cDNA鏈，具體操作過(guò)程詳見(jiàn)試劑盒說(shuō)明書(shū)。

取正常條件下生長(zhǎng)的五葉一心香蕉幼苗（Musa acuminata L. AAA group cv. Brazilian）的根、球莖、假莖、葉片以及該品種成年香蕉樹(shù)的花和果實(shí)的cDNA為模板，采用半定量方法對(duì)其進(jìn)行組織特異表達(dá)分析。以MaActin1：Pf：5'-CGAGGCTCAATCAAAGA-3'和MaActin2：Pr：5'-ACCAGCAAGGTCCAAAC-3'為內(nèi)參引物。MaTPS5引物為P1：5'-GGGGAAGGACGAGGATA-3'和P2：5'-ATCAAGCACCGATGACC-3'。通過(guò)熒光PCR儀設(shè)定反應(yīng)程序?yàn)椋?5℃預(yù)變性30 s；95℃ 7 s，56℃ 15 s，72℃ 20 s，40個(gè)循環(huán)后做熔解曲線(xiàn)（95-55℃，0.1℃/s），反應(yīng)體系為25 μL。在Tonan凝膠成像系統(tǒng)儀上查看并獲取cDNA擴(kuò)增條帶的電泳圖片，分析不同香蕉組織器官中MaTPS5表達(dá)量濃度。

1.2.3 MaTPS5在不同非生物脅迫下表達(dá)特性分析

1.2.3.1 滲透脅迫處理 取40株五葉一心，生長(zhǎng)健壯的香蕉幼苗，分為2組，每組3個(gè)處理，每個(gè)處理5株，以0 h處理為對(duì)照（CK）。利用土壤水分測(cè)試儀測(cè)定每盆幼苗培養(yǎng)基質(zhì)水分，并保持80%的水分含量。將香蕉幼苗連帶基質(zhì)分別浸泡于200 mmol/L NaCl和200 mmol/L PEG6000溶液中，浸沒(méi)過(guò)根部，脅迫處理時(shí)間分別為6、12和24 h。用無(wú)菌水洗凈根部，取樣，液氮速凍，放置-80℃保存，提取RNA［15］。

1.2.3.2 低溫脅迫處理 取20株五葉一心，生長(zhǎng)健壯并一致的香蕉幼苗，分為4個(gè)處理，每個(gè)處理5株，其中以0 h處理為對(duì)照（CK）。將香蕉幼苗連帶基質(zhì)放置溫度為8℃的恒溫植物培養(yǎng)箱中，處理時(shí)間分別為6、12和24 h。迅速用常溫自來(lái)水洗凈根部，快速取樣，液氮速凍，放置-80℃保存，提取RNA［15］。

1.2.3.3 外源激素誘導(dǎo)處理 選取60株五葉一心，生長(zhǎng)健壯的香蕉幼苗，分為2組，每組20株，將幼苗連帶培養(yǎng)基質(zhì)分別浸泡于濃度均為100 μmol/L ACC、ABA水溶液中，浸沒(méi)過(guò)幼苗根部。處理0（CK）、6、12和24 h后，用無(wú)菌水洗凈根部基質(zhì)，取樣，液氮速凍，放置-80℃保存，提取RNA［15］。

1.2.3.4 枯萎病4號(hào)生理小種浸染香蕉苗根系 選取20株五葉一心，生長(zhǎng)健壯的香蕉幼苗，分為4個(gè)處理，每個(gè)處理20株。在正常管理?xiàng)l件下，將枯萎病Foc TR4號(hào)小種真菌體澆灌幼苗培養(yǎng)基質(zhì)，致使菌絲體侵害幼苗根部，處理0（CK）、2、4和6 d之后洗凈根部基質(zhì)，取樣，液氮速凍，放置-80℃保存，提取RNA［16］。

2 結(jié)果

2.1 MaTPS5全長(zhǎng)cDNA序列的生物信息學(xué)分析

將獲得的海藻糖合成酶基因，命名為MaTPS5，通過(guò)擴(kuò)增獲得MaTPS5 cDNA序列全長(zhǎng)為3 081 bp。NCBI ORF Finder分析指出：MaTPS5全長(zhǎng)cDNA包含247 bp 5'端非編碼區(qū)、175 bp 3'端非編碼區(qū)和2 559 bp開(kāi)放閱讀框；在同一編碼框內(nèi)同時(shí)含有起始密碼子為ATG，終止密碼子TAA，表明此序列為全長(zhǎng)序列，其ORF框編碼852個(gè)氨基酸。

通過(guò)ProtParam分析其理化性質(zhì)，推測(cè)MaTPS5蛋白的分子式C4264H6685N1205O1253S33，相對(duì)分子量為95 936.2，等電點(diǎn)pI6.52，為不穩(wěn)定蛋白，不穩(wěn)定參數(shù)51.68；其理論半衰期為30 h，平均疏水指數(shù)-0.258。該蛋白中相對(duì)含量較多的氨基酸是10.1% Leu、8.7% Val、7.5% Ala、7.4% Ser、7.2% Arg；總的帶負(fù)電荷的殘基（Asp + Glu）為103，總的帶正電荷的殘基（Arg+Lys）為96。通過(guò)Protscale分析預(yù)測(cè)該蛋白脂溶指數(shù)為87.17，為疏水性蛋白，說(shuō)明此蛋白具有高級(jí)結(jié)構(gòu)域。

WoLF PSORT軟件分析表明，該蛋白位于線(xiàn)粒體可能性為16.4%，葉綠體可能性為15.1%，位于細(xì)胞核可能性為16.1%，其中位于葉綠體中該蛋白的相似序列較多。SignalP 4.1 Server軟件分析發(fā)現(xiàn)，MaTPS5蛋白不存在信號(hào)肽。推測(cè)MaTPS5蛋白亞細(xì)胞定位于細(xì)胞質(zhì)中的可能性最大。

TMpred軟件分析MaTPS5蛋白跨膜結(jié)構(gòu)表明，該蛋白存在2個(gè)跨膜區(qū)域，由胞內(nèi)到胞外的單向跨膜區(qū)域位于第23-24位氨基酸，胞內(nèi)外雙向跨膜區(qū)域位于第399-420位氨基酸，屬于跨膜蛋白。說(shuō)明MaTPS5蛋白參與對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起重要作用的分子機(jī)制的調(diào)控。

NCBI Conserved Domain軟件分析MaTPS5氨基酸序列保守結(jié)構(gòu)域表明，該蛋白包含GT1-TPS、Trehalase-PPase（TPP）結(jié)構(gòu)域，分別屬于Glycosyl transferase-GTB類(lèi)超級(jí)家族和HAD-like超級(jí)家族，此外還有一個(gè)PLN03063（UDP-forming）多結(jié)構(gòu)域（圖1）。說(shuō)明MaTPS5基因序列高度保守。

2.2 MaTPS5蛋白同源序列比對(duì)和系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)構(gòu)建

與已在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中登錄的其他高等植物TPS氨基酸同源序列比較，結(jié)果（圖2）表明MaTPS5編碼的氨基酸序列與其他高等植物TPS氨基酸序列存在較高的同源性，一致性為77.31%。

進(jìn)化關(guān)系分析表明，香蕉MaTPS5氨基酸序列與野蕉TPS（ABF70084.1）氨基酸序列聚在同一側(cè)枝上，說(shuō)明二者親緣關(guān)系很近，同源性84.54%。另外與聚類(lèi)同一主分枝內(nèi)另一側(cè)枝的印度水稻（AEB53177.1）和小麥（ACI16353.1）的進(jìn)化關(guān)系也較近，同源性分別為72.28%和82.29%（圖3）。

圖1 MaTPS5氨基酸序列的保守結(jié)構(gòu)域分析

圖2 MaTPS5編碼的氨基酸序列與其他植物TPS蛋白序列的同源性分析

圖3 不同植物中TPS氨基酸序列的進(jìn)化樹(shù)分析

2.3 MaTPS5在香蕉不同器官中的表達(dá)分析

圖4顯示，MaTPS5基因在根、球莖、假莖、葉、花、果實(shí)各器官中均有表達(dá)，其中在球莖、葉和花中表達(dá)量較大，在根中表達(dá)量最低。表明MaTPS5表達(dá)具有組織差異性。

圖4 MaTPS5在香蕉不同器官中的表達(dá)分析

2.4 MaTPS5在不同脅迫下的特異性表達(dá)分析

實(shí)驗(yàn)采用非生物脅迫（100 μmol/L ABA和100 μmol/L ACC、8℃、200 mmol/L PEG6000、200 mmol/L NaCl）和生物脅迫（Foc TR4）處理。提取上述5種經(jīng)非生物脅迫處理的香蕉根系總RNA。如圖5所示，qRT-PCR分析表明高鹽脅迫使MaTPS5的表達(dá)量增加，在24 h時(shí)達(dá)到極顯著，為CK的10倍；外源ACC處理后，MaTPS5表達(dá)量增加，在24 h達(dá)到極顯著，為CK的8倍；外源激素ABA處理植株后，MaTPS5表達(dá)量增加，但不顯著。而在其他2種脅迫條件下，MaTPS5表達(dá)不響應(yīng)。圖6結(jié)果顯示，生物脅迫 Foc TR4（香蕉巴拿馬病菌4號(hào)生理小種浸染）處理后，MaTPS5在根系中的表達(dá)量顯著增加，為CK的3倍。

圖5 MaTP5在不同非生物脅迫下的表達(dá)量分析

圖6 MaTPS5基因在Foc RT4病原菌侵染后的表達(dá)變化

3 討論

3.1 MaTPS5蛋白序列結(jié)構(gòu)和進(jìn)化分析

TPS和TPP蛋白構(gòu)成高等植物一大蛋白家族之一，水稻11個(gè)都含有TPS和TPP結(jié)構(gòu)域的TPS基因，功能檢測(cè)證明酵母tps1、tps2菌株突變體內(nèi)只有OsTPS1編碼TPS活性酶，OsTPS蛋白無(wú)TPP活性，通過(guò)酵母雙雜分析表明TPS結(jié)構(gòu)域可能在互作反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，結(jié)果顯示OsTPS家族成員可能形成海藻糖-6-磷酸合酶復(fù)合物，并具有調(diào)節(jié)T6P水平的潛力從而調(diào)控植物發(fā)育；在擬南芥和水稻基因組有11個(gè)TPS，水稻中有9個(gè) TPP，擬南芥中至少10個(gè)TPP［8，10，17］；僅有少部分的TPS/TPP蛋白具有活性，水稻OsTPS1、OsTPP1、OsTPP2蛋白分別具有TPS和TPP活性［10，18］。蔣偉等［19］經(jīng)克隆玉米ZmTPS家族研究分析發(fā)現(xiàn)，ZmTPS基因具有TPS和TPP兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，N端為T(mén)PS結(jié)構(gòu)域，C端為T(mén)PP結(jié)構(gòu)域；并通過(guò)酵母突變體互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)證明ZmTPS家族基因中ZmTPS3 具有TPS催化活性和具有TPP催化活性，參與調(diào)控海藻糖合成。實(shí)驗(yàn)中，MaTPS5編碼的氨基酸與其他植物TPS氨基酸的序列存在較高的同源性，一致性為77.8%（圖3），其中與野蕉TPS（ABF70084.1）氨基酸序列聚為一類(lèi)，說(shuō)明二者親緣關(guān)系很近，同源性為84.54%；MaTPS5編碼852個(gè)氨基酸，保守結(jié)構(gòu)域分析表明其含有TPS和TPP結(jié)構(gòu)域，具有TPS/TPP蛋白活性，作用于底物UDP-葡萄糖和6-磷酸-葡萄糖，進(jìn)而參與調(diào)控海藻糖的生物合成。目前高等植物TPS/TPP蛋白功能的研究報(bào)道甚少，還有待于進(jìn)一步探討。

3.2 MaTPS5在不同器官中表達(dá)分析

研究認(rèn)為植物中不能積累海藻糖與存在海藻糖酶活性過(guò)高有關(guān)。Muller等［5］發(fā)現(xiàn)在擬南芥不同組織器官中海藻糖酶含量不同，在花藥中含量最高，其次葉、莖和根部。丁菲等［20］研究表明，CsTPS在茶樹(shù)不同器官中表達(dá)量依次為花＞根＞莖＞芽＞葉＞種子，并指出器官差異表達(dá)可能是由不同組織和器官發(fā)育分化情況、空間位置、代謝活動(dòng)、功能及環(huán)境條件等造成。實(shí)驗(yàn)中，MaTPS5在香蕉植株的根、球莖、假莖、葉、花、果實(shí)各器官中均有表達(dá)，其中在球莖、葉和花中表達(dá)量較大。

3.3 MaTPS5在不同脅迫處理下的特異性表達(dá)分析

水稻數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水稻基因組內(nèi)大量的TPS/TPP基因家族與擬南芥基因家族相似，尤其是基因家族結(jié)構(gòu)，表達(dá)分析表明OsTPP1在鹽、滲透和ABA脅迫處理后瞬時(shí)上調(diào)表達(dá)，轉(zhuǎn)基因過(guò)表達(dá)株系表明OsTPP1引起非生物脅迫響應(yīng)基因。OsTPS1過(guò)表達(dá)提高水稻幼苗對(duì)低溫、高鹽和干燥脅迫的耐受性；在轉(zhuǎn)基因株系中OsTPS1過(guò)表達(dá)使海藻糖和輔氨酸含量較野生型的高，同時(shí)也引起某些脅迫相關(guān)基因上調(diào)表達(dá)，如WSI18、RAB16C、HSP70和ELIP等，結(jié)果表明了OsTPS1可能通過(guò)提高海藻糖和脯氨酸含量來(lái)增強(qiáng)植物對(duì)非生物脅迫的耐受性，并誘導(dǎo)其他脅迫相關(guān)基因上調(diào)表達(dá)［11］。轉(zhuǎn)具有雙官能團(tuán)的酵母TPS基因番茄植株實(shí)驗(yàn)表明，轉(zhuǎn)基因植株葉片內(nèi)海藻糖濃度的增加提高了植株的耐旱和耐鹽性，光合速率也較野生植株強(qiáng)［21］。

植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中可能遭到不同程度非生物和生物脅迫的危害，植物形成一套復(fù)雜的防御系統(tǒng)，在防御過(guò)程中植物激素起到重要作用。有研究表明，ACC 處理可以顯著增加野生型擬南芥 C01-0幼苗在高鹽環(huán)境下的抗鹽能力和成活率［22］。乙烯信號(hào)途徑中的重要組分參與了植物的鹽脅迫反應(yīng)，因此高鹽脅迫會(huì)誘導(dǎo)乙烯合成［23，24］。實(shí)驗(yàn)qRT-PCR結(jié)果（圖5）表明，高鹽脅迫下MaTPS5表達(dá)量增加，在24 h時(shí)表現(xiàn)極顯著，ACC處理下MaTPS5表達(dá)量提高，推斷MaTPS5基因表達(dá)可能與乙烯信號(hào)傳導(dǎo)途徑有關(guān)聯(lián)。ACC是乙烯合成前體，在A(yíng)CC氧化酶的催化下產(chǎn)生乙烯，乙烯與受體結(jié)合，激活下游元件，完成乙烯信號(hào)傳導(dǎo)途徑。乙烯信號(hào)傳導(dǎo)途徑參與激發(fā)植物防御應(yīng)答，因此，MaTPS5在乙烯參與植物抗逆應(yīng)答反應(yīng)中扮演重要作用。植物在受到病原脅迫之后，能誘導(dǎo)乙烯合成，進(jìn)一步激活乙烯信號(hào)途徑，參與植物防御應(yīng)答反應(yīng)。用煙草花葉病毒（TMV）接種煙草時(shí)，可以誘導(dǎo) ACS和 ACO基因的表達(dá)，產(chǎn)生大量的乙烯，誘導(dǎo)生成的乙烯可以進(jìn)一步激活乙烯信號(hào)途徑，誘導(dǎo)大量病程相關(guān)蛋白（Pathogenesis related protein，PR）基因的表達(dá)，提高植物的抗病性［24］。實(shí)驗(yàn)室已建立接種枯萎病病原菌Foc TR4后香蕉根系轉(zhuǎn)錄組和香蕉基因的轉(zhuǎn)錄變化的研究方法［16］。運(yùn)用上述方法，枯萎病病原菌Foc TR4侵染香蕉幼苗后，根系中MaTPS5表達(dá)量顯著提高；且ABA處理下，根系中MaTPS5基因表達(dá)不顯著，說(shuō)明MaTPS5不依賴(lài)ABA途徑而是通過(guò)乙烯信號(hào)途徑參與植株生物脅迫的抗逆反應(yīng)。在全球變暖，土壤鹽堿化和香蕉巴拿馬病的危害下，研究MaTPS5生物學(xué)功能及其海藻糖合成酶途徑對(duì)提高和改良香蕉抗逆新品種具有重要意義。

4 結(jié)論

通過(guò)生物信息學(xué)分析和基因表達(dá)手段，研究MaTPS5基因序列和蛋白結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其表達(dá)特性得出MaTPS5基因編碼的蛋白具有TPS/TPP結(jié)構(gòu)域，定位于細(xì)胞質(zhì)中可能性最大。MaTPS5基因表達(dá)具有組織特異性，可能依賴(lài)乙烯信號(hào)傳導(dǎo)途徑激活相關(guān)的蛋白酶活性，誘導(dǎo)其表達(dá)，并生物合成相應(yīng)的海藻糖，參與植物抗逆反應(yīng)，進(jìn)而提高植物抗逆性。

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（責(zé)任編輯 馬鑫）

Biology and Expression Characteristics of Trehalose-6-Phosphate Synthase Gene from Banana

XING Wen-ting1LI Ke-ming2JIA Cai-hong3SHU Hai-yan2WANG An-bang2SUN Pei-guang2XU Gui-ying2，4
（1. Hainan Provincial of Forestry Science Institute，Haikou 571100；2. Haikou Experimental，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Haikou 570102；3. Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Haikou 571101；4. Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070）

Our aim is to explore the role of trehalose-6-phosphate synthase gene in the stress tolerance of banana plant by studying its biological function. A gene from banana rhizome’s transcriptome，designated as MaTPS5，was reaped using the method of random cloning and sequencing. Bioinformatics analysis showed the full length of MaTPS5 cDNA sequence was 3 081 bp，containing a complete open reading frame of 2 559 bp，encoding 852 amino acids. Protein MaTPS5 was an unstable and hydrophobic protein with iso-electric point of 6.52，in which there were two structure domains of GT1-TPS and TPP. It was located in cytoplasm and had two trans-membrane regions but no signal peptide. Comparing MaTPS5 protein sequence to the known plant TPS amino acid sequence，the homology level was 77.31%. Phylogenetic analysis showed MaTPS5 protein sequence was clustered on a common branch with the TPS protein sequence of wild banana，indicating that they were the close relatives and had a common ancestor. Tissue-specific analysis indicated MaTPS5 expression level was high in corm，leaves，and flowers，but the lowest in the roots. qRT-PCR analysis showed MaTPS5 expression increased when banana plantlets were treated with ACC and salt，and peaked at 24 h. After treating banana plantlets with Foc TR4 pathogen，the MaTPS5 expression level rose and was constant in three hours. The results showed MaTPS5 may depend upon the ethylene signaling transduction pathways to induce itself expression，and synthesize trehalose，and therefore participate in stress tolerance of banana plants.

banana；trehalose-6-phosphate synthase gene（TPS5）；bioinformatics；expression analysis

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017.02.017

2016-04-27

農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（RRI-KLOF1403），“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃（2011AA10020605），現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)（CARS-32）

邢文婷，女，碩士，研究方向：植物分子遺傳改良；E-mail：xingwenting8@126.com

許桂鶯，女，博士，研究方向：作物遺傳育種；E-mail：790741075@qq.com