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玫瑰花香成分生物合成相关基因的克隆与表达分析

陈陈  
【摘要】:玫瑰(Rosa rugosa)属于蔷薇科蔷薇属落叶灌木,不仅是园林绿化的优良植物材料,而且是非常名贵的天然香料植物,单萜类化合物中的香茅醇、香叶醇、橙花醇及其乙酸酯类衍生物是我国传统玫瑰精油的主要芳香成分。本文首先分析了我国23份玫瑰种质资源鲜花芳香成分的种类及含量,挖掘出了单萜及乙酸酯类化合物含量高的玫瑰资源,在此基础上,以挖掘出的优异资源为试材,克隆了玫瑰花香成分生物合成相关的RrDXR和RrAAT基因,分析了两个基因在玫瑰花不同发育时期及花器官不同部位中的时空表达规律,以及重要花香成分积累差异与相关基因表达的关系,主要研究结果如下: 1、以原产中国的23份玫瑰种质资源为试材,采用顶空固相微萃取结合GC-MS,分析比较了其鲜花芳香成分的种类及含量,结果表明,23份玫瑰种质共鉴定出33种挥发性香气成分,包括醇类9种、酯类5种、烷烃类3种、萜烯类10种、醛类3种、酮类2种、醚类1种,主要芳香成分为苯乙醇、p-香茅醇、乙醇和正己烷,4种成分分别在‘西子’、‘妙峰山’、‘香刺果’和‘唐白’中含量最高,分别为84.66μg/g、70.98μg/g、83.87μg/g和18.23gg/g,合分析认为,‘唐红’、‘西子’、‘妙峰山’、‘白紫枝’和‘荣成野生’是精油提取及培育高油玫瑰新种质的优良材料。 2、以‘唐红’盛开期花瓣为试材,采用CTAB法提取其总RNA,并利用RACE法分别克隆得到了2个玫瑰单萜类花香成分合成相关基因RrDXR和RrAAT的全长序列。RrDXR基因cDNA全长1850bp,具有起始密码子、完整的开放阅读框(1419bp)、终止密码子、5′非编码区(225bp)、3′非编码区(206bp)和poly(A)尾巴(12bp),共编码473个氨基酸。该基因登录号为JN675704;RrAAT基因cDNA全长1702bp,具有起始密码子、完整的开放阅读框(1380bp)、终止密码子、5′非编码区(48bp)、3′非编码区(274bp)和poly(A)尾巴(10bp),共编码460个氨基酸。该基因登录号为JN675705。 3、以‘唐红’为材料,采用半定量PCR (RT-PCR)和荧光定量PCR技术研究了RrDXR和RrAAT基因在玫瑰花不同发育时期及花器官不同部位中的时空表达规律,分析了玫瑰重要单萜类花香成分积累与目的基因表达之间的关系,结果表明,RrDXR基因在玫瑰从花蕾期到盛开期的发育过程中表达量不断上升,至盛开期时最高,衰老期表达量相对减少;花瓣中RrDXR基因的表达量最高,在雄蕊和雌蕊中的表达量仅为花瓣中的47.2%和44.3%,而在花萼、花托、花柄中的表达水平非常低。RrAAT基因在花蕾期表达量较低,随后在初开期迅速增加,到半开期时达到顶峰,盛开期时RrAAT表达迅速减弱为半开期的47.4%,衰老期该基因的表达信号极弱;与其它部位相比,RrAAT基因在雄蕊中的表达量最高,而在花瓣中的表达量仅为雄蕊的32.7%,雌蕊和花托中RrAAT基因也少量表达,而在花柄和花萼中的表达水平非常低。结合GC-MS分析发现,香茅醇、香叶醇、橙花醇及其乙酸酯类衍生物乙酸香茅酯、乙酸香叶酯和乙酸橙花酯含量的变化趋势与RrDXR基因表达的变化趋势一致,RrAAT基因在半开期的高表达促进了香茅醇等单萜醇转化为其乙酸酯类衍生物,并在盛开期大量积累;RrDXR和RrAAT基因表达量的变化规律也与花器官不同部位中单萜及其乙酸酯类衍生物含量的分布情况相一致。综合分析表明,RrDXR和RrAAT基因在玫瑰单萜类芳香成分的生物合成中起关键作用。


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