陆地棉2-酮戊二酸依赖型氧化酶GhAOP2-like基因的克隆和功能分析

李 丹,赵存鹏,刘素恩,王凯辉,张晓慧,赵丽英,郭宝生,耿军义

(河北省农林科学院 棉花研究所,农业农村部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室,国家棉花改良中心河北分中心,河北 石家庄 050051)

2-酮戊二酸依赖型氧化酶(2-oxoglutarate-dependent dioxygenase,2OGD)基因超级家族是参与植物代谢的最大基因家族之一,主要参与天然产物的氧化过程,尤其是萜类化合物[1]。2OGD通常使用亚铁Fe(Ⅱ)作为辅因子,2OG和O2作为辅助底物,产生副产物CO2和琥珀酸盐(R+2OG+O2→ R-OH+琥珀酸盐+CO2)[2]。2OGD的这种催化反应与多种生物过程有关,包括脯氨酸羟基化、核酸和组蛋白的氧化去甲基化以及许多代谢物的生物合成[2]。

Kawai等[2]对6种植物中的479个2OGD进行了系统发育分类。根据氨基酸序列的相似性,将其分为3类:DOXA、DOXB和DOXC。DOXA类包括大肠杆菌AlkB的植物同源物,它是参与烷基化核酸和组蛋白氧化去甲基化的2OGD的原型[2-3]。DOXB类在所有植物类群中都是保守的,并参与细胞壁蛋白质合成中的脯氨酸4-羟基化[2,4]。DOXC类参与各种植物化学物质的代谢,包括赤霉素、花青素、类黄酮、生长素、硫代葡萄糖苷等[1-2]。

硫代葡萄糖苷(Glucosinolates,GSL)是主要存在于十字花科植物中的一种次生代谢物质。近年研究表明,GSL在十字花科植物应对生物胁迫和非生物胁迫中具有重要作用[5]。GSL可分为3类:脂肪族GSL、吲哚族GSL和芳香族GSL[6]。AOPs是脂肪族GSL的合成基因[7],属于DOXC类[1],其中AOP2及其同源基因已被证明参与烯基GSL(脂肪族GSL中的一种)生物合成[8-12]。Kliebenstein等[8,10]发现,功能性AOP2的表达与烯基GSL的积累之间存在完全相关。

干旱和盐渍是影响植物生长和农作物产量的重要环境因子[13]。……