红仁核桃自然杂交后代不同表型叶片差异表达CHS基因的鉴定及生物信息学分析

[目的]查尔酮合成酶(CHS)是植物黄酮类化合物合成途径中的第一个关键酶,探究关键CHS基因在红仁核桃花青苷生物合成过程中的功能,为探明红仁核桃花青苷合成的分子机制提供理论基础.[方法]以红仁核桃自然杂交后代不同表型(红叶和绿叶)株系3个发育时期的叶片为试材,观察颜色表型变化并测定其花青素含量,进一步通过转录组测序结果构建核桃CHSs基因表达图谱,筛选获得4个显著差异表达的JrCHS基因JrCHS1～JrCHS4,并利用生物信息学方法对相关序列、理化性质及结构功能进行预测分析.[结果]两种叶片在不同发育时期的颜色表型及花青素含量均存在显著差异;4个JrCHS基因在不同表型叶片的各发育时期均有表达,且均在时期1红叶中的表达量显著高于绿叶,与颜色表型变化及花青素含量呈正相关.生物信息分析表明,4个JrCHS基因分别位于不同染色体上,均只含有1个内含子结构,分布差异较小;各基因编码蛋白主要分布于细胞质中,蛋白保守结构域数量及位置、CHS功能结构域数量均相同,属于亲水酸性蛋白质,不存在跨膜结构;二级、三级结构预测显示该蛋白以α螺旋为主;通过与其他物种花青苷合成相关CHS蛋白进化分析发现,JrCHS1和JrCHS2与金花茶CnCHS、杜鹃花RsCHS及蓝莓VaCHS亲缘关系较近,JrCHS3与毛果杨PtCHS、荔枝LcCHS以及龙眼D1CHS亲缘关系较近,JrCHS4与木薯MeCHS及石榴PgCHS1、PgCHS2亲缘关系较近,表明其功能也较为相似;分析启动子顺式作用元件发现,4个JrCHS基因启动子序列中均包含多个MYB、MYC转录因子结合位点.[结论]4个JrCHS基因及其编码蛋白的结构与功能等较为相似,可能为红仁核桃自然杂交后代不同表型叶片花青苷代谢相关差异表达基因.