菠菜PSY基因家族的鉴定与表达分析

Identification and Expression Analysis of Spinach PSY Gene Family

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摘要八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase,PSY)是植物类胡萝卜素合成途径中的第一个限速酶,对植物的生长发育具有重要作用.为了解菠菜(Spinacia oleracea L.)中PSY基因家族功能,本研究通过生物信息学方法对菠菜PSY基因家族成员的数目、结构、启动子元件、氨基酸特性和基因进化等进行鉴定分析,并利用实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)分析其在菠菜组织中及响应红蓝光比例变化的表达模式,同时测定R1B3(红光∶蓝光=1∶3)和R3B1(红光∶蓝光=3∶1)处理后菠菜总类胡萝卜素含量,进行SoPSYs基因表达量与总类胡萝卜素含量变化的相关性分析.结果显示,菠菜共有 4 个PSY基因,含有SQS_PSY保守结构域,SoPSY蛋白为亲水性蛋白.菠菜PSY1、PSY2和苋科的甜菜进化关系较近,PSY3、PSY4与番茄PSY3有较近的亲缘关系.菠菜PSY基因启动子序列上存在多种光响应和植物激素相关元件.SoPSY基因具有组织表达特异性,SoPSY1、SoPSY2、SoPSY3仅在叶片中表达,SoPSY4 主要在根中表达.菠菜类胡萝卜素含量在R1B3 和R3B1 处理后均下降.不同基因型菠菜中,各SoPSY基因响应红蓝光比例变化的表达模式具有差异性,其中SoPSY1 的表达在栽培类型菠菜中无显著变化,SoPSY2 的表达模式在两种类型菠菜中相反,SoPSY3在野生型与栽培型菠菜中表达模式一致,且这 3 个基因的相对表达水平与总类胡萝卜素含量变化密切相关.本研究为深入了解PSY基因在菠菜中的生物学功能,以及响应红蓝光比例变化的调控机理奠定了基础.