桑树4CL基因家族功能分析

桑树是我国重要的经济生态树种，是影响世界的中国植物之一，因富含类黄酮，多糖等活性物质，具有重要药用价值。4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)是苯丙烷通用代谢通路的关键酶，也是合成木质素和类黄酮前体的关键酶。本研究通过全基因组筛选，筛选出6 个个4CL同源基因，成功获得其中 4个基因(Ma4CL2，3，5 和 6)并开展了功能分析。体外酶活分析发现Ma4CL2 可以催化对香豆酸、阿魏酸和咖啡酸，Ma4CL3 和Ma4CL6 仅催化对香豆酸，而Ma4CL5不能催化以上的底物。Ma4CL2，3，和 6 具有相同的最适pH=7.Ma4CL2 的最适催化温度为 37℃左右，Ma4CL3 的最适温度在 25℃，Ma4CL6 的最适温度在 30℃。转录特性研究发现 4CL基因家族成员的表达具有时间和空间差异性，Ma4CL2、Ma4CL3和Ma4CL6 表达水平随着果实成熟增加，而Ma4CL5表达水平随着果实成熟而下降，Ma4CL2 和Ma4CL3在根和茎中也具有较高的表达，而Ma4CL5 并未表现出明显的组织表达偏好性，在检测的各个组织器官中都有表达，Ma4CL6 在叶中的表达量远高于其他组织。用VIGS技术瞬时敲低桑树 4CL后发现，下调Ma4CL 2、Ma4CL3 和Ma4CL6 的表达量导致类黄酮含量显著下降，而下调Ma4CL5 反而导致类黄酮含量上升。这些结果揭示了桑树4CL基因家族成员功能的分化，以及它们对类黄酮生物合成通路的影响。