谷子抗病相关基因SiRAR1的克隆及表达分析

Mla12介导的抗性所需基因(required for Mla12-mediated resistance,RAR1)作为植物抗病信号途径中的重要元件,广泛参与植物的抗病反应.为研究谷子(Setaria italica)中SiRAR1的结构与表达特征,本研究以抗病材料'十里香'叶片cDNA和基因组DNA为模板,分别克隆到SiRAR1基因的CDS序列和启动子序列,利用生物信息学软件分析了其编码氨基酸的生物学特征,采用qRT-PCR分析该基因在谷子不同组织部位和谷子响应谷锈菌(Uromyces setariae-italicae)胁迫反应中的表达模式,用SDS-PAGE技术分析该基因的原核表达特征.结果表明,SiRAR1基因开放阅读框全长765 bp,编码254个氨基酸(GenBank No.MK814879),预测分子量为28.04 kD,理论等电点为8.13.该蛋白的最大二级结构为无规则卷曲,最小元件为β-转角.氨基酸同源性的系统进化分析表明,SiRAR1与同科植物的进化关系最近,其中与糜子(Panicum miliaceum)第12号染色体的基因假定蛋白C2845_PM12G15490(hypothetical protein C2845_PM12G15490,GenBank No.RLM79685.1)同源性最高(92.44％).qRT-PCR分析表明,SiRAR1基因在谷子的根、茎、叶、穗中均有表达,其中在根部的表达量最高,茎部表达量最低,孕穗期和抽穗期的穗部表达水平相近;在谷锈菌侵染处理下,SiRAR1基因在抗病材料'十里香'中于12 h开始上调表达,至36 h表达量达到峰值,在感病材料'豫谷1号'中于96 h上调表达,且在'十里香'中的表达量峰值为'豫谷1号'中的3倍(P<0.01),在豫谷1号中的表达量峰值为'十里香'中的1.6倍(P<0.05),表明较感病植株相比,SiRAR1基因在抗病植株中的上调表达时间更早、持续时间更长、表达量上调幅度更强,推测SiRAR1基因可能在谷子抗病反应的早期起正调控作用.构建的原核表达载体pET30a-SiRAR1经0.1和0.4 mmol/L异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropylβ-D-thiogalactoside,IPTG)诱导均能表达出表观分子量约为33 kD的SiRAR1融合蛋白.上述实验结果为进一步研究SiRAR1基因功能与谷子抗病机制提供了重要的理论依据.