杂交构树UDP-葡萄糖脱氢酶基因编码蛋白的亚细胞定位及其启动子5'端缺失片段的功能分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2020.06.016

植物研究 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (6): 932-942.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2020.06.016

杂交构树UDP-葡萄糖脱氢酶基因编码蛋白的亚细胞定位及其启动子5'端缺失片段的功能分析

吉仁花¹, 张文波¹, 林晓飞², 包颖亮¹, 特日格勒¹, 包会嘎³, 白淑兰¹()

^1.内蒙古农业大学林学院，呼和浩特 010019
^2.内蒙古大学生命科学学院，呼和浩特 010021
^3.乌海市湿地管理局，乌海 016000

收稿日期:2019-12-17 出版日期:2020-11-20 发布日期:2020-11-04
通讯作者: 白淑兰 E-mail:baishulan2004@163.com
作者简介:吉仁花（1986—），女，博士，主要研究方向为林木生物技术。
基金资助:
国家自然科学基金(31660213);内蒙古自治区研究生科研创新基金(B20171012913)

Subcellular Localization of the Protein Coded by the UDP-Glucose Dehydrogenase Gene from Paper Mulberry and Functional of Its Promoter 5′-end Deletion Fragment

Ren-Hua JI¹, Wen-Bo ZHANG¹, Xiao-Fei LIN², Ying-Liang BAO¹, Ri-Ge-Le TE¹, Hui-Ga BAO³, Shu-Lan BAI¹()

^1.Forestry College，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010019
^2.College of Life Science，Inner Mongolia University，Hohhot 010021
^3.Wetlands Authority of Wuhai，Wuhai 016000

Received:2019-12-17 Online:2020-11-20 Published:2020-11-04
Contact: Shu-Lan BAI E-mail:baishulan2004@163.com
About author:JI Ren-Hua(1986—),female,Ph.D.,majoring in the forest biotechnology.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(31660213);Autonomous Region Graduate Research Innovation Fundation of Inner Mongolia(B20171012913)

摘要/Abstract

摘要：

为了研究杂交构树UDP-葡萄糖脱氢酶基因（DDBJ，BpUGDH基因登录号为LC457701）启动子不同区域的表达活性，利用5'端缺失及同源重组实验技术，将5个不同长度的BpUGDH启动子5'端缺失片段与GUS基因连接，并通过农杆菌介导法瞬时转化烟草；同时，为了定位BpUGDH基因编码的蛋白在细胞中表达的具体位置，利用GFP报告基因融合目的基因进行蛋白质的亚细胞定位。结果显示：BpUGDH基因启动子-244 bp以内的序列均能介导GUS基因的诱导表达，并且-973、-465、-355、-281和-244 bp之间的区域可能对BpUGDH基因启动子的活性发挥着至关重要的作用。另外，BpUGDH基因编码蛋白的亚细胞定位结果显示：BpUGDH位于叶绿体中。

关键词: 顺式作用元件, BpUGDH, 亚细胞定位, 杂交构树, 5'端缺失分析法, 瞬时表达

Abstract:

We analyzed the function of cis-acting elements of UDP-Glucose Dehydrogenase Gene from Paper Mulberry（DDBJ， BpUGDH accession No.LC457701）promoter， the five different lengths of BpUGDH promoter 5'-terminal deletion fragment were ligated with the GUS gene by using 5'terminal deletion and homologous recombination techniques， and conducted through heterologous expression in Nicotiana benthamiana by agro-infiltration method. In order to locate the specific location of the protein encoded by BpUGDH gene in cells， subcellular localization of BpUGDH protein was carried out by using the fusion target gene of GFP reporter gene. The results show that the sequences within -244 bp can mediate the induction of GUS gene expression， and the region between -973， -465， -355， -281， -244 bp of the BpUGDH promoter were crucial for regulating the promoter activity. Furthermore， BpUGDH was located in chloroplast.

Key words: Cis-acting element, BpUGDH, subcellular localization, paper mulberry, 5'-end deletion analysis method, transient expression

中图分类号:

Q943.2

吉仁花, 张文波, 林晓飞, 包颖亮, 特日格勒, 包会嘎, 白淑兰. 杂交构树UDP-葡萄糖脱氢酶基因编码蛋白的亚细胞定位及其启动子5'端缺失片段的功能分析[J]. 植物研究, 2020, 40(6): 932-942.

Ren-Hua JI, Wen-Bo ZHANG, Xiao-Fei LIN, Ying-Liang BAO, Ri-Ge-Le TE, Hui-Ga BAO, Shu-Lan BAI. Subcellular Localization of the Protein Coded by the UDP-Glucose Dehydrogenase Gene from Paper Mulberry and Functional of Its Promoter 5′-end Deletion Fragment[J]. Bulletin of Botanical Research, 2020, 40(6): 932-942.

图/表 7

图1

表1

图2

图3

图4

图5

附图1

参考文献 38

1	雍克岚.食品分子生物学基础［M］.北京：中国轻工业出版社，2008.
	Yong K L.Fundamentals of food moleculer biology［M］.Beijing：China Light Industry Press，2008.
2	郭晋艳，郑晓瑜，邹翠霞，等.植物非生物胁迫诱导启动子顺式元件及转录因子研究进展［J］.生物技术通报，2011（4）：16-20，30.
	Guo J Y，Zheng X Y，Zou C X，et al.Research progress of cis-elements of abiotic stress inducible promoters and associated transcription factors［J］.Biotechnology Bulletin，2011，（4）：16-20，30.
3	聂丽娜，夏兰琴，徐兆师，等.植物基因启动子的克隆及其功能研究进展［J］.植物遗传资源学报，2008，9（3）：385-391.
	Nie L N，Xia L Q，Xu Z S，et al.Progress on cloning and functional study of plant gene promoters［J］.Journal of Plant Genetic Resources，2008，9（3）：385-391.
4	张春晓，王文棋，蒋湘宁，等.植物基因启动子研究进展［J］.遗传学报，2004，31（12）：1455-1464.
	Zhang C X，Wang W Q，Jiang X Y，et al.Review on plant gene promoters［J］.Acta Genetica Sinica，2004，31（12）：1455-1464.
5	李杰，张福城，王文泉，等.高等植物启动子的研究进展［J］.生物技术通讯，2006，17（4）：658-661.
	Li J，Zhang F C，Wang W Q，et al.Advance in the study of higher plant promoter［J］.Letters in Biotechnology，2006，17（4）：658-661.
6	Liu Q Q，Wang Z Y，Chen X H，et al.Stable inheritance of the antisense Waxy gene in transgenic rice with reduced amylose level and improved quality［J］.Transgenic Research，2003，12（1）：71-82.
7	路静，赵华燕，何奕昆，等.高等植物启动子及其应用研究进展［J］.自然科学进展，2004，14（8）：856-862.
	Lu J，Zhao H Y，He Y K，et al.Advances in the study of higher plant promotes and their applications［J］.Progress in Natural Science，2004，14（8）：856-862.
8	De La Torre F，Rodríguez R，Jorge G，et al.Genetic transformation of Eucalyptus globulus using the vascular-specific EgCCR as an alternative to the constitutive CaMV35S promoter［J］.Plant Cell，Tissue and Organ Culture（PCTOC），2014，117（1）：77-84.
9	Li F，Han Y Y，Feng Y N，et al.Expression of wheat expansin driven by the RD29 promoter in tobacco confers water-stress tolerance without impacting growth and development［J］.Journal of Biotechnology，2013，163（3）：281-291.
10	Oo M M，Bae H K，Nguyen T D，et al.Evaluation of rice promoters conferring pollen-specific expression in a heterologous system，Arabidopsis［J］.Plant Reproduction，2014，27（1）：47-58.
11	白淑云，刘秉钺，何连芳.造纸原料新材种——杂交构树［J］.湖南造纸，2008（3）：7-9，14.
	Bai S Y，Liu B Y，He L F.The new species of papermaking raw material-Broussonetia papyrifera［J］.Hunan Papermaking，2008（3）：7-9，14.
12	彭献军，沈世华.构树：一种新型木本模式植物［J］.植物学报，2018，53（3）：372-381.
	Peng X J，Shen S H.The paper mulberry：a novel model system for woody plant research［J］.Chinese Bulletin of Botany，2018，53（3）：372-381.
13	张秋玉，李远发，梁芳.构树资源研究利用现状及其展望［J］.广西农业科学，2009，40（2）：217-220.
	Zhang Q Y，Li Y F，Liang F.The research and utilization status of Broussonetia papyrifera resources and its prospect［J］.Guangxi Agricultural Sciences，2009，40（2）：217-220.
14	王立伟.做大做强构树产业扶贫为贫困地区发展注入强大动力［J］.吉林农业，2015，（19）：119-120.
	Wang L W.Strengthening the paper mulberry industry to alleviate poverty injecting strong momentum into the development of poor areas［J］.Agriculture of Jilin，2015，（19）：119-120.
15	Lei L M，Song L R.Cloning and characterization of the gene for UDPG1c dehydrogenase from the cyanobacterium，Microcystis aeruginosa FACHB 905［J］.Acta Botanica Sinica，2004，46（11）：1373-1382.
16	Johansson H，Sterky F，Amini B，et al.Molecular cloning and characterization of a cDNA encoding poplar UDP-glucose dehydrogenase，a key gene of hemicellulose/pectin formation［J］.Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-Gene Structure and Expression，2002，1576（1-2）：53-58.
17	Tenhaken R，Thulke O.Cloning of an enzyme that synthesizes a key nucleotide-sugar precursor of hemicellulose biosynthesis from soybean：UDP-glucose dehydrogenase［J］.Plant Physiology，1996，112（3）：1127-1134.
18	刘峰，黄妤，郭清泉，等.苎麻UDPGDH基因的cDNA克隆及表达分析［J］.中国农业科学，2008，41（11）：3542-3548.
	Liu F，Huang Y，Guo Q Q，et al.Cloning and expression of UDP-glucose dehydrogenase （UDPGDH） cDNA in Ramie （Boehmeria nivea （Linn.） Gaud.）［J］.Scientia Agricultura Sinica，2008，41（11）：3542-3548.
19	Li N N，Chen L，Li X H，et al.Overexpression of UDP-glucose dehydrogenase from Larix gmelinii enhances growth and cold tolerance in transgenic Arabidopsis thaliana［J］.Biologia Plantarum，2017，61（1）：95-105.
20	Labate M T V，Bertolo A L F，Do Nascimento D D，et al.Cloning and endogenous expression of a Eucalyptus grandis UDP-glucose dehydrogenase cDNA［J］.Genetics and Molecular Biology，2010，33（4）：686-695.
21	Kärkönen A，Murigneux A，Martinant J P，et al.UDP-glucose dehydrogenases of maize：a role in cell wall pentose biosynthesis［J］.Biochemical Journal，2005，391（2）：409-415.
22	Marcu O，Stathakis D G，Marsh J L.Assignment of the UGDH locus encoding UDP-glucose dehydrogenase to human chromosome band 4p15.1 by radiation hybrid mapping［J］.Cytogenetics and Cell Genetics，1999，86（3-4）：244-245.
23	Klinghammer M，Tenhaken R.Genome-wide analysis of the UDP-glucose dehydrogenase gene family in Arabidopsis，a key enzyme for matrix polysaccharides in cell walls［J］.Journal of Experimental Botany，2007，58（13）：3609-3021.
24	Lescot M，Déhais P，Thijs G，et al.Plant CARE，a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences［J］.Nucleic Acids Research，2002，30（1）：325-327.
25	Emanuelsson O，Nielsen H，Brunak S，et al.Predicting subcellular localization of proteins based on their N-terminal amino acid sequence［J］.Journal of Molecular Biology，2000，300（4）：1005-1016.
26	Chou K C， Shen H B.Cell-PLoc：A package of web servers for predicting subcellular localization of proteins in various organisms［J］.Nature Protocols，2008，3（2）：153-162.
27	Lai X J，Gu Y H，Tao X，et al.Cloning and characterization of uridine diphosphate glucose dehydrogenase gene from Ipomoea batatas［J］.Russian Journal of Plant Physiology，2014，61（3）：298-308.
28	郭秀.兴安落叶松尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶基因的克隆及特性分析［D］.呼和浩特：内蒙古大学，2017.
	Guo X.Isolation and characterization of uridine diphophate glucose dehydrogenase gene from Larix gmelinii［D］.Hohhot：Inner Mongolia University，2017.
29	Iwamoto M，Higo H，Higo K.Strong expression of the rice catalase gene CatB promoter in protoplasts and roots of both a monocot and dicots［J］.Plant Physiology and Biochemistry，2004，42（3）：241-249.
30	耿新.西伯利亚白刺Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因的表达特性分析及在毛白杨耐盐性遗传改良中的应用［D］.呼和浩特：内蒙古大学，2018.
	Geng X.Analysis of expression characteristics of Na+/H+ antiporter from Nitraria Sibirica pall and its application in salt tolerance genetic improvement of Populus tomentosa［D］.Hohhot：Inner Mongolia University，2018.
31	Xue G P.An AP2 domain transcription factor HvCBF1 activates expression of cold-responsive genes in barley through interaction with a （G/a）（C/t）CGAC motif［J］.Biochimica et Biophysica Acta（BBA）-Gene Structure and Expression，2002，1577（1）：63-72.
32	Feng X M，Zhao Q，Zhao L L，et al.The cold-induced basic helix-loop-helix transcription factor gene MdCIbHLH1 encodes an ICE-like protein in apple［J］.BMC Plant Biology，2012，12：22.
33	邢浩然，刘丽娟，刘国振.植物蛋白质的亚细胞定位研究进展［J］.华北农学报，2006，21（S2）：1-6.
	Xing H R，Liu L J，Liu G Z.Advancement of protein subcellular localization in plants［J］.Acta Agriculturae Boreali-Sinica，2006，21（S2）：1-6.
34	Sullivan K F，Kay S A.Green fluorescent proteins［M］.San Diego：Academic Press，1998：386.
35	Abelson J，Simon M.Green fluorescent protein［M］.//Conn P M.Methods in Enzymology.San Diego，California：Academic Press，1999，302：449.
36	Chalfie M，Kain S.Green fluorescent protein，properties，applications and protocols［M］.New York：Wiley-Liss，1998：1-385.
37	李宁宁.兴安落叶松UDP-葡萄糖焦磷酸化酶和UDP-葡萄糖脱氢酶基因的克隆及特性分析［D］.呼和浩特：内蒙古大学，2014.
	Li N N.Isolation and characterization of UDP-glucose pyrophosphorylase and UDP-glucose dehydrogenase genes from Larix gmelinii［D］.Hohhot：Inner Mongolia University，2014.
38	卢徐斌，绪欣，王文强，等.文山牛SIRT2基因的克隆、表达及亚细胞定位［J］.中国畜牧兽医，2018，45（6）：1427-1436.
	Lu X B，Xu X，Wang W Q，et al.Cloning，expression and subcellular localization of SIRT2 gene in Wenshan cattle［J］.China Animal Husbandry & Veterinary Medicine，2018，45（6）：1427-1436.

引物Primer	序列Sequences(5'-3')
PB2-ETH（-973）-F2	GCCCAACGTTCTCGAGTTTTTCGATTTTCTTCGGTTTCCGAGA
PB3-MeJA（-465）-F3	GCCCAACGTTCTCGAGTTTTTGCTGATGTGTTAGTCTCTCTTAC
PB4-低温（-355）-F4	GCCCAACGTTCTCGAGTTTTTGAATTCTGTGAAACTCGGAT
PB5-IAA（-281）-F5	GCCCAACGTTCTCGAGTTTTTGAGGTTACTCTTAGTTCTCTA
PB6-GA（-244）-F6	GCCCAACGTTCTCGAGTTTTTGATGGCAAGAAAAGGATTGGAGG
BpUGDH-Xbal-R	CCCGGGTGGATCCAAGGCCTTCTTTGCTCCTTTATCACTCTAT

[1]	黄安瀛, 夏德安, 张洋, 那冬晨, 燕青, 魏志刚. PtrWRKY51基因的克隆及抗旱表达特性分析[J]. 植物研究, 2022, 42(6): 1005-1013.
[2]	张悦婧, 李颖, 王娟娟, 庞海龙, 贾凌云, 冯汉青. 不同转化条件对3种农杆菌GFP基因在本氏烟草中瞬时表达的影响[J]. 植物研究, 2022, 42(1): 121-129.
[3]	韩连斌, 国庆, 赵凯, 姜廷波, 周博如, 李莉. 小黑杨HD-Zip转录因子PsnHB63基因克隆及表达分析[J]. 植物研究, 2021, 41(6): 1006-1014.
[4]	刘晓, 杨佳, 张馨, 马苗苗, 杨静莉. 大青杨PubZIP1基因的克隆及亚细胞定位与抗旱表达特性分析[J]. 植物研究, 2020, 40(2): 233-242.
[5]	秦琳琳, 张曦, 姜骋, 李莉. 白桦BpZFP4基因启动子克隆和逆境响应元件功能分析[J]. 植物研究, 2019, 39(6): 917-926.
[6]	王晟宇, 张淇, 张正一, 胡晓晴, 田晶, 张勇, 刘雪梅. 白桦BpSPL2基因启动子的克隆及表达分析[J]. 植物研究, 2019, 39(1): 96-103.
[7]	李文静, 孙艳香. 水稻谷蛋白基因GluC启动子的克隆及表达分析[J]. 植物研究, 2018, 38(6): 921-930.
[8]	王淋, 杜红岩, 乌云塔娜. 杜仲MVA和MEP途径相关基因的亚细胞定位与表达分析[J]. 植物研究, 2017, 37(1): 52-62.
[9]	李墨野, 王娜, 周宇, 普潇莹, 冯万举, 李开隆. 干旱胁迫条件下转LbDREB基因大青杨瞬时基因表达及生长、生理指标变异分析[J]. 植物研究, 2016, 36(3): 409-415.
[10]	石翠翠;李晓旭;李晶岚;任亚楠;张福臻;黄占景;葛荣朝. 抗逆基因AtRPK1*启动子关键顺式作用元件的研究[J]. 植物研究, 2014, 34(3): 417-422.
[11]	陆玉建;刘恒;李玉玺;梁大伟;赵鹏;贾鹏飞;钮松召*. AtZW10蛋白亚细胞定位的初步研究[J]. 植物研究, 2013, 33(2): 174-180.
[12]	曲冠证;郑唐春;马麟;邵龙婷;曹凤娟;李开隆. 烟草类锌指基因NtZFL*基因的功能分析[J]. 植物研究, 2012, 32(4): 430-436.
[13]	徐凤萍;杨君*;程云清;刘建凤;安利佳. smGFP最小线性化元件的直接渗透转化与瞬时表达[J]. 植物研究, 2009, 29(2): 230-233.

杂交构树UDP-葡萄糖脱氢酶基因编码蛋白的亚细胞定位及其启动子5'端缺失片段的功能分析

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