| 紫花苜蓿MsNST的克隆及对木质素与纤维素合成的功能分析 |
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| 引用本文： | 蒋旭,崔会婷,王珍,张铁军,龙瑞才,杨青川,康俊梅.紫花苜蓿MsNST的克隆及对木质素与纤维素合成的功能分析[J].中国农业科学,2020,53(18):3818-3832. |
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| 作者姓名： | 蒋旭 崔会婷 王珍 张铁军 龙瑞才 杨青川 康俊梅 |
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| 作者单位： | 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193 |
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| 基金项目： | 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(2017ywf-2d-3);中国农业科学院科技创新工程(ASTIP-IAS14) |
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| 摘 要： | 【目的】木质素和纤维素是植物次生细胞壁的主要组成成分,是影响牧草消化率和品质的主要因素之一。紫花苜蓿作为高蛋白饲草,是奶牛等草食家畜优质饲草的主要来源。因此,苜蓿木质素和纤维素合成机制一直是受到关注的研究热点。模式植物拟南芥NAC家族的NST转录因子（NAC secondary wall thicking promoting factor）调控次生细胞壁的合成,但紫花苜蓿NST的功能与调控机制尚不明确。本研究通过分析紫花苜蓿NST的表达模式,及在拟南芥与苜蓿中过表达揭示其对木质素和纤维素合成的影响。【方法】通过同源克隆获得MsNST CDs序列,并对该基因进行生物信息学分析。利用qRT-PCR检测该基因受赤霉素（GA3）,水杨酸（SA）和多效唑（PCB）诱导后的表达模式。通过转基因植株中过表达MsNST,研究其对木质素和纤维素含量及其合成相关基因的影响。【结果】克隆MsNST 的CDs序列,最大开放阅读框为945bp,编码314个氨基酸。生物信息学分析表明,MsNST主要由无规则卷曲组成（60.83 %）;三级结构预测显示,MsNST以同源二聚体的形式有效的促进蛋白质间的相互作用。进化树分析表明,单子叶和双子叶分为两个分枝,暗示存在一定程度的进化,而MsNST与蒺藜苜蓿和大豆的NST属于双子叶植物分枝中的亚分枝,表明豆科植物间亲缘关系较近。MsNST与拟南芥NST1-3的氨基酸序列相似性较高（49%—55.9%）,并含有NAC转录因子的5个保守结构域。qRT-PCR分析表明,MsNST受GA3、SA和PCB的诱导表达,相对表达水平（12h）分别是对照的2.19、3.67和3.65倍。过表达MsNST导致拟南芥下胚轴缩短,转基因拟南芥半矮化,花序茎束间细胞壁纤维增厚,细胞壁结晶纤维素（13%）、总糖（7%）和木质素（11.7%）含量增加。通过分析木质素和纤维素合成相关基因表达水平发现,拟南芥和苜蓿中过表达MsNST均能激活木质素合成关键基因（PAL,4CL等）及纤维素合酶复合体亚基CesA家族基因的表达。【结论】MsNST受外源激素GA3、SA和PCB诱导表达。转基因植物中过表达MsNST可激活次生壁木质素和纤维素合成相关基因的表达,同时茎束间纤维细胞壁增厚,细胞壁结晶纤维素、总糖和木质素含量增加,暗示MsNST对次生细胞壁木质素和纤维素的合成有重要的调节作用。
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| 关 键 词： | 紫花苜蓿 NST转录因子 次生壁 纤维素 木质素 |
| 收稿时间： | 2019-10-08 |
Cloning and Function Analysis of MsNST in Lignin and Cellulose Biosynthesis Pathway from Alfalfa |
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| JIANG Xu,CUI HuiTing,WANG Zhen,ZHANG TieJun,LONG RuiCai,YANG QingChuan,KANG JunMei.Cloning and Function Analysis of MsNST in Lignin and Cellulose Biosynthesis Pathway from Alfalfa[J].Scientia Agricultura Sinica,2020,53(18):3818-3832. |
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| Authors: | JIANG Xu CUI HuiTing WANG Zhen ZHANG TieJun LONG RuiCai YANG QingChuan KANG JunMei |
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| Institution: | Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193 |
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