钩藤开花相关基因<i>UrAP1</i>的克隆及表达分析

doi:10.7668/hbnxb.20195829

华北农学报 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (6): 92-99. doi: 10.7668/hbnxb.20195829

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钩藤开花相关基因UrAP1的克隆及表达分析

李玉琼¹, 覃雅¹, 黄秋兰², 沈洁³, 杨翠红¹, 梁文静¹, 韦树根¹, 潘丽梅¹, 桂凌健¹, 付金娥¹, 李林轩¹, 万凌云¹

¹ 广西壮族自治区药用植物园,广西道地药材高品质形成与应用重点实验室,广西中药材良种繁育技术创新中心,国家中医药传承创新中心,广西南宁 530023
² 宜宾学院农林与食品工程学部,四川宜宾 644000
³ 广西医科大学药学院,广西南宁 530021

收稿日期:2025-02-20 出版日期:2025-12-31
通讯作者:
万凌云(1984—),男,江西铅山人,副研究员,博士,主要从事中药资源与分子生药学研究。
作者简介:
李玉琼(1998—),女,广西平桂人,初级工程师,硕士,主要从事植物分子生物学研究。
李玉琼、覃雅为同等贡献作者。
基金资助:
国家自然科学基金项目(82360753); 国家自然科学基金项目(81903752); 广西自然科学基金项目(2019GXNSFBA185026); 广西药用植物园重点研发项目(桂药重202401); 广西特色药材关键技术研究推广项目(GZKJ2314); 广西药用植物园科研基金项目(桂药基202013); 广西中药材品质创新研究团队项目(GZKJ2305)

Cloning and Expression Analysis of the Flowering Related Gene UrAP1 in Uncaria rhynchophylla

LI Yuqiong¹, QIN Ya¹, HUANG Qiulan², SHEN Jie³, YANG Cuihong¹, LIANG Wenjing¹, WEI Shugen¹, PAN Limei¹, GUI Lingjian¹, FU Jine¹, LI Linxuan¹, WAN Lingyun¹

¹ Guangxi Botanical Garden of Medicinal Plants,Guangxi Key Laboratory of High-Quality Formation and Utilization of Dao-Di Herbs,Guangxi Innovation Center for Breeding Technology of Traditional Chinese Medicine,National Center for Inheritance and Innovation of Traditional ChineseMedicine,Nanning 530023,China
² Faculty of Agriculture,Forestry and Food Engineering,Yibin University, Yibin 644000,China
³ College of Pharmacy,Guangxi Medical University,Nanning 530021,China

Received:2025-02-20 Published:2025-12-31

摘要/Abstract

摘要： 钩藤生殖生长时茎钩转换为花序梗,导致茎钩产量降低,为确定钩藤茎钩与花序梗器官同源转换的关键调控因子,以钩藤茎钩及花组织为材料,克隆其花分生组织基因UrAP1(APETALA1)。随后对该基因开展了生物信息学解析,深入探究其编码产物的理化特性。同时,借助qRT-PCR技术,检测了UrAP1基因在钩藤营养枝与生殖枝不同部位的相对表达丰度,以期阐明其在花器官发育中的功能及其调控网络。结果显示:UrAP1基因的编码区(CDS)长度为729 bp,可编码一个包含242个氨基酸组成的蛋白质;该序列与西洋参AP1基因具有高度同源性(相似度达94%),且包含保守的MADS结构域和K-box基序;此外,UrAP1编码的蛋白质不具备跨膜结构域,且定位于细胞核。UrAP1基因在钩藤营养枝条的叶、茎、茎节和茎钩中具有一定程度的表达且整体呈现稳定的状态;而在钩藤生殖枝条的叶、茎、茎节、花序梗和花蕾的相对表达量有着显著差异,其中幼蕾花期相对表达量达到最高,随花蕾的老化呈降低趋势。通过比较UrAP1基因在钩藤2种生长型枝条中的表达模式,推测UrAP1基因在调控钩藤花芽分化过程中发挥重要作用。

关键词: 钩藤, UrAP1基因, 生物信息学, 基因表达, 克隆

Abstract:

During the reproductive phase of Uncaria rhynchophylla,stem hooks undergo conversion into peduncles,consequently diminishing stem hook yield.To identify key regulatory factors governing this organ homology shift between stem hooks and peduncles in U.rhynchophylla,tissues from stem hooks and flowers were utilized to isolate its floral meristem gene,UrAP1(APETALA1).Comprehensive bioinformatic characterization was subsequently performed to elucidate the physicochemical properties of its encoded product.Concurrently,qRT-PCR analysis was conducted to quantifiy the relative transcript abundance of UrAP1 across distinct tissues of vegetative and reproductive branches,aiming to clarify its functional role and regulatory network in floral organogenesis.Results demonstrated that the UrAP1 coding sequence (CDS) spanned 729 bp,encoding a 242 amino acid polypeptide.This sequence exhibited substantial homology(94% identity) with the AP1 gene from Cephalanthus occidentalis and harbored conserved MADS-box and K-box domains.Furthermore,the UrAP1 protein lacked transmembrane domains,with primary localization predicted within the nucleus.UrAP1 expression was detectable and relatively stable across leaves,stems,stem nodes,and stem hooks of vegetative shoots.In contrast,its transcript levels varied significantly in reproductive shoots,showing distinct abundances in leaves,stems,stem nodes,peduncles,and flower buds.Expression peaked in young buds during early flowering stages and subsequently declined as buds matured.Comparison of the expression profiling between the two growth phases suggests a crucial role of UrAP1 in regulating floral bud differentiation in U.rhynchophylla.

Key words: Uncaria rhynchophylla, UrAP1 gene, Bioinformatics, Gene expression, Cloning

中图分类号:

李玉琼, 覃雅, 黄秋兰, 沈洁, 杨翠红, 梁文静, 韦树根, 潘丽梅, 桂凌健, 付金娥, 李林轩, 万凌云. 钩藤开花相关基因UrAP1的克隆及表达分析[J]. 华北农学报, 2025, 40(6): 92-99. doi: 10.7668/hbnxb.20195829.

LI Yuqiong, QIN Ya, HUANG Qiulan, SHEN Jie, YANG Cuihong, LIANG Wenjing, WEI Shugen, PAN Limei, GUI Lingjian, FU Jine, LI Linxuan, WAN Lingyun. Cloning and Expression Analysis of the Flowering Related Gene UrAP1 in Uncaria rhynchophylla[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2025, 40(6): 92-99. doi: 10.7668/hbnxb.20195829.

http://www.hbnxb.net/CN/Y2025/V40/I6/92

图/表 14

表1 引物序列

Tab.1 Primers sequences

引物 Primer	引物序列(5'—3') Sequence (5'—3')
UrAP1-F	GGATCTTCCAGAGATATGGGGAGAGGAAAGGTACAGTT
UrAP1-R	CTGCCGTTCGACGATTCAGGCCGCAAAGCATCC
SAM-F	CACAATCTGGCATACGAAA
SAM-R	AACTCACTTGGCTGGAAAC
qRTPCR-F	GCACGGAAACAGTGAGTCTA
qRTPCR-R	CCAATCCTTCCTTGCCTAAATG

表2 UrAP1生物信息学分析软件

Tab.2 Bioinformatics analysis softwares of UrAP1

名称 Name	作用 Function	网址URL
ProtParam	蛋白质理化性质分析	https://web.expasy.org/protparam/
ProtScale	亲/疏水性评估	https://web.expasy.org/protscale/
WOLF PSORT	亚细胞定位分析	https://www.genscript.com/wolf-psort.html/
SMART	保守结构域鉴定	https://smart.embl-heidelberg.de/
TMHMM	跨膜拓扑预测	https://services.healthtech.dtu.dk/service.php?TMHMM-2.0
PSIPRED	二级结构推断	https://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/
SWISS-MODEL	三级结构建模	https://swissmodel.expasy.org/
DNAMAN 6.0	蛋白同源性比对	—
MEGA 11	系统进化树构建	—

图1 总RNA琼脂糖凝胶电泳 1—8.钩藤生殖枝条的叶、幼蕾、中蕾、老蕾、茎、花序梗、茎节、花序梗节;9—12.营养型植株营养叶、茎钩、茎、茎节。

Fig.1 Agarose gel electrophoresis of total RNA 1—8.The leaf,young bud,middle-stage bud,old bud,stem,peduncle,stem node,and peduncle node of the reproductive branches of Uncaria rhynchophylla;9—12.The vegetative leaf,stem hook,stem,and stem node of the vegetative plants.

图2 UrAP1基因cDNA PCR扩增 M.DNA Marker (DL5000);1—6.平行样本。

Fig.2 PCR amplification of the UrAP1 gene cDNA M.DNA Marker (DL5000);1—6.Biological replicates.

图3 UrAP1编码蛋白的亲水性分析正值.疏水特性;负值.亲水特性。

Fig.3 Hydrophily analysis on UrAP1 coded protein Score>0.Hydrophobicity;score<0.Hydrophilicity.

图4 UrAP1蛋白保守结构域

Fig.4 Conserved domains of UrAP1 protein

图5 UrAP1蛋白跨膜结构预测

Fig.5 Prediction of transmembrane structure of UrAP1 protein

图6 UrAP1蛋白二级结构预测

Fig.6 Prediction of secondary structure of UrAP1 protein

图7 UrAP1蛋白三级结构预测

Fig.7 Prediction of tertiary structure of UrAP1 protein

图8 UrAP1启动子上的调控元件

Fig.8 Regulatory elements on the UrAP1 promoter

图9 UrAP1基因编码蛋白与其他物种AP1氨基酸的多序列比对

Fig.9 Multiple sequence alignment of the protein encoded by the UrAP1 gene with AP1 amino acids from other species

图10 UrAP1蛋白与其他植物AP1同源蛋白的系统发育树构建

Fig.10 Construction of phylogenetic tree of UrAP1 protein and AP1 homologous proteins from other plants

图11 UrAP1基因在钩藤营养枝条不同组织中的相对表达量不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。图12同。

Fig.11 Relative expression levels of UrAP1 gene in different tissues of nutritional branches Different lowercase letters indicate significant difference at P<0.05.The same as Fig.12.

图12 UrAP1基因在钩藤生殖枝条不同组织中的相对表达量

Fig.12 Relative expression levels of UrAP1 gene in different tissues of reproductive branches

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