甘蔗苯丙氨酸解氨酶基因_PAL_的克隆和表达分析

中国农业科学 2013,46(14):2856-2868 Scientia Agricultura Sinica
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.14.002
甘蔗苯丙氨酸解氨酶基因（PAL）的克隆和表达分析
宋修鹏 ，黄 杏 ，莫凤连 ，田丹丹 ，杨丽涛
1 2 1 3 1,2
，李杨瑞
1,2
，陈保善
1
（1 广西大学农学院/亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，南宁 530004；2 中国农业科学院甘蔗研究中心/农业部广西甘蔗生物技术与 遗传改良重点实验室/广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室，南宁 530007；3 广西农业科学院生物技术研究所，南宁 530007）
摘要： 【目的】克隆甘蔗的苯丙氨酸解氨酶基因（PAL） ，分析其序列特征及其在不同组织和 5 种胁迫条件下 的表达情况，为此基因在甘蔗抗逆育种中的应用提供理论支撑。 【方法】利用串联飞行时间质谱仪对差异表达蛋白 质进行质谱鉴定分析，通过 RT-PCR 和 RACE 技术从甘蔗品种新台糖 22 号（ROC22）中克隆 PAL，以生物信息学方 法对其序列进行预测分析，利用 real-time PCR 分析 PAL 在不同组织和不同胁迫条件下的表达特性。 【结果】克隆 获得甘蔗 PAL，命名为 ScPAL，GenBank 登录号为 KC172559。该 cDNA 全长 2 590 bp，含有 1 个 2 115 bp 的完整 开放阅读框（ORF） ，编码 704 个氨基酸。序列分析表明，其包含典型的 PAL 酶活性中心序列（GTITASGDLVPLSYIA） ， 与其它植物的 PAL 蛋白有很高的相似性。系统进化树分析显示，甘蔗 ScPAL 与高粱的 PAL 蛋白亲缘关系较近。 real-time PCR 分析表明 PAL 为组成型表达，在根中的表达量最高，是叶中表达量的 66 倍。其在低温（4℃） 、聚 乙二醇（PEG） 、NaCl 和 H2O2 四种外源胁迫下均诱导表达，但表达模式不同。 【结论】从甘蔗品种 ROC22 中克隆获得 苯丙氨酸解氨酶基因（ScPAL） ，是典型的 PAL 家族成员，推测其参与了甘蔗抗黑穗病过程，且在甘蔗抗寒、抗旱 和抗盐胁迫过程也起到某种作用。 关键词：甘蔗；苯丙氨酸解氨酶；基因克隆；表达分析
Cloning and Expression Analysis of Sugarcane Phenylalanin Ammonia-lyase (PAL) Gene
SONG Xiu-peng1, HUANG Xing2, MO Feng-lian1, TIAN Dan-dan3, YANG Li-tao1,2, LI Yang-rui1,2, CHEN Bao-shan1
（1College of Agriculture, Guangxi University/State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Bioresources, Nanning 530004; 2Sugarcane Research Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Sugarcane Biotechnology and Genetic Improvement (Guangxi), Ministry of Agriculture/Sugarcane Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences / Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Nanning 530007; 3Biotechnology Research Institute, Guangxi Academy of Agriculture Sciences, Nanning 530007）
Abstract: 【Objective】The aim of this study was to clone full-length cDNA of sugarcane phenylalanin ammonia-lyase (PAL) gene (ScPAL), a key enzyme gene related to phenylpropanoid metabolism in sugarcane, investigate its sequence characteristics, analyze its expressions in different organs and under five different stress conditions, thus providing a theoretical support for using this gene in sugarcane stress tolerance breeding. 【Method】 The differentially expressed protein was identified by MALDI TOF/TOF and analyzed using Applied Biosystems GPS Explorer software with Mascot analysis against the NCBI and Uniprot database using a combined peptide mass fingerprint and MS/MS search, then the full sequence of ScPAL was cloned from sugarcane variety ROC22 using RT-PCR and RACE techniques. The bioinformatics method was used to analyze the putative amino acid
收稿日期：2013-03-05；接受日期：2013-05-15 基金项目：国家“863”计划课题（2013AA102604） 、国家国际合作项目(2013DFA31600)、广西科学研究与技术开发计划项目（桂科产 1123008-1， 桂科攻 1222009） 、自治区主席科技资金项目（11166-02） 联系方式：宋修鹏，E-mail：xiupengsong@。通信作者杨丽涛，E-mail：liyr@