樟树柠檬酸合酶基因在干旱胁迫下的表达

樟树(Camphora officinarum Neesex Wall.)是我国南方的珍贵乡土树种，耐涝不耐旱。在全球变暖、干旱日益严重的环境下，找到樟树的干旱相关基因，有助于抗旱樟树新品种的培育。柠檬酸是重要的渗透调节剂之一，也是三羧酸循环的关键中间产物。柠檬酸合酶基因(Citrate synthase，CS)是合成柠檬酸的关键酶基因，是细胞内多种代谢途径的关键限速酶，在干旱环境下表达量升高。[目的]研究樟树的柠檬酸合酶基因(CoCS)在干旱胁迫下的表达模式，为樟树的抗旱性遗传改良和种质创制提供理论依据。[方法]以樟树叶片RNA为原材料，通过PCR、转化克隆菌、测序等技术克隆CoCS基因，得到完整序列，通过生物信息学手段，预测其结构与功能。同时，对樟树无性系设计为期44天的干旱处理试验，利用荧光定量PCR技术，分析其表达模式。[结果]克隆出三个CoCS基因(CoCS1、CoCS2、CoCS3)，全长分别为1594bp、1542bp和1503bp，分别编码508、473和471个氨基酸，分子式分别为C2506H3960N690O725S17、C2375H3752N634O676S18和C2370H3744N632O679S17，分子量分别为55900.22、52580.84和52500.64，均为稳定的亲水性蛋白。CoCS1基因与澳洲坚果(Macadamia integrifolia)、蒂罗花(Telopea speciosissima)等的同源性最高(80％以上);CoCS2基因与油棕(Elaeis guineensis)、无油樟(Amborella trichopoda)等的同源性最高(80％以上);CoCS3基因与莲(Nelumbo nucifera)、白栎(Quercus lobata)等的同源性最高(80％以上)。构建进化树，CoCS1单独为一支;CoCS2与沉水樟(Cinnamomum micranthumf.kanehirae)聚为一支;CoCS3与华盖木(Magnolia sinica)聚为一支。三个CoCS的蛋白质二级结构均由α螺旋、延伸链、β转角和无规则卷曲四种结构构成，三级结构均为椭球型。CoCS1定位在乙醛酸循环体中，具有拟南芥过氧化物酶体(AthCS_per_like)结构域。而CoCS2和CoCS3定位在线粒体基质中，具有柠檬酸合酶C末端结构域(Citrate_synt)。三个CoCS基因都在一定程度上受干旱胁迫诱导表达，但表达模式有所差异。在受干旱胁迫的一周以内，以诱导CoCS3基因表达为主，在受干旱胁迫两周左右，主要诱导CoCS1基因表达，在受干旱胁迫3周左右，主要诱导CoCS2基因表达。[结论]樟树依靠CoCS3基因增加有氧呼吸的强度来应对早期干旱胁迫，依靠CoCS1基因通过乙醛酸循补充能量代谢来应对中期干旱胁迫，依靠CoCS1基因维持细胞内渗透压以应对晚期干旱胁迫。三个CoCS基因都是典型的CS家族成员，且均与樟树的抗旱机制有关，可作为抗旱樟树种质创制的候选基因。