二穗短柄草Bral基因的克隆及表达分析

植物阿魏酰转移酶(feruloyl transferase)是负责将阿魏酸从阿魏酰CoA转移至阿拉伯木聚糖分子上的关键酶之一,在阿拉伯木聚糖与木质素的连接上起到关键作用,因此与细胞壁抗降解屏障的形成密切相关.本研究以禾本科模式植物二穗短柄草(Brachypodium distachyon)为材料,通过qRT-PCR技术克隆得到了Bral(PlantGDB No.:5g 14720)基因的cDNA序列,其片段大小为1 369 bp.该基因的ORF编码443个氨基酸,蛋白质的理论分子质量为48.45 kD;基因原核表达以及蛋白质谱分析确定该基因的开放阅读框能正确编码蛋白,分子量大小与理论值基本一致.生物信息学分析显示该Bral蛋白的氨基酸序列中包含有BAHD酰基转移酶家族特有的HXXXD功能区以及DFGWG保守结构域,说明其是BAHD酰基转移酶家族的一个成员.对二穗短柄草基因组中89个BAHD酰基转移酶氨基酸序列的系统进化树分析发现,这89个酰基转移酶大致划分为4个大的亚族,每个大亚族又包含几个小的亚族,Bral蛋白(属于第Ⅰ亚族)与他人研究过的与香豆酸(p-coumalic acid,p-CA)代谢相关的阿魏酰基转移酶(属于第Ⅲ亚族)不属于同一亚族,其蛋白功能可能存在差异;同时,从89个蛋白的编码基因中选取了第Ⅲ亚族另外一个小亚族中的几个基因及与第Ⅲ亚族亲缘关系较远的第Ⅰ亚族的几个基因做了表达分析.qRT-PCR分析表明Bral基因与其他几个基因相比较,表达量高并且稳定,并且在二穗短柄草成熟期的茎、叶和幼穗等组织器官中的表达量约为其幼苗期的2倍,与二穗短柄草体内阿魏酸的积累特征基本一致,表明这个基因可能参与调控植物细胞壁中的阿魏酸(ferulic acid,FA)介导的交联反应.本研究的结果为该基因的生物学功能研究提供了资料,为禾本科能源植物开发利用和农作物秸秆的再生利用提供了新思路.