香蕉海藻糖合成酶基因（MaTPS5)生物學及表達特性分析

邢文婷李科明賈彩紅舒海燕王安邦孫佩光許桂鶯，4

（1. 海南省林業科學研究所，海口 571100；2. 中國熱帶農業科學院?？趯嶒炚荆？?570102；3. 中國熱帶農業科學院熱帶作物生物技術研究所，?？?571101；4. 華中農業大學，武漢 430070）

香蕉海藻糖合成酶基因（MaTPS5)生物學及表達特性分析

邢文婷1李科明2賈彩紅3舒海燕2王安邦2孫佩光2許桂鶯2，4

（1. 海南省林業科學研究所，海口 571100；2. 中國熱帶農業科學院海口實驗站，?？?570102；3. 中國熱帶農業科學院熱帶作物生物技術研究所，海口 571101；4. 華中農業大學，武漢 430070）

通過研究香蕉MaTPS5基因的生物學功能，探討海藻糖合成酶基因在香蕉植株抗逆反應中的作用。利用隨機克隆測序法從香蕉根系轉錄組中獲得海藻糖合成酶基因，命名為MaTPS5。生物信息學分析表明，MaTPS5全長cDNA序列3 081 bp，完整開放閱讀框2 559 bp，編碼852個氨基酸；MaTPS5蛋白屬于不穩定、疏水性蛋白，等電點pI6.52，有兩個結構域GT1-TPS和TPP，定位于細胞質中，含2個跨膜區域，不存在信號肽；與已知植物TPS氨基酸序列同源性達到77.31%；進化分析表明，香蕉MaTPS5氨基酸序列與野蕉TPS氨基酸序列聚為一類，說明二者親緣關系較近，具有共同的祖先。組織特異性表達研究表明MaTPS5在球莖、葉、花中表達量較高，在根中表達量最低。qRT-PCR分析表明，MaTPS5響應激素ACC和鹽的處理，表達量在24 h均達到極顯著水平。在Foc TR4病原菌處理后，表達量升高，并在3個時段保持一致。結果表明，MaTPS5可能依賴乙烯信號傳導途徑誘導自身表達，合成海藻糖，參與香蕉抗逆反應。

香蕉；海藻糖-6-磷酸合成酶基因5（TPS5）；生物信息學；表達分析

在不同的脅迫環境中，海藻糖是許多生物體具有重要作用的二糖。其具有生物抗逆性，無毒性，不被糖苷酶水解，在非生物脅迫條件下保護蛋白質、生物膜等生物大分子物質或細胞膜。海藻糖可以直接清除活性氧，在植物熱脅迫及恢復過程中對保護光合作用機制起重要作用［1］。而其生物合成通過高度保守的海藻糖合成酶途徑完成，由海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）和T6P磷酸酯酶（TPP）兩種酶催化完成［2，3］。20世紀90年代，最先在厥類植物中被發現，打破了植物體中不存在海藻糖的傳言，開創了植物海藻糖研究的新紀元［4］，使不同植物中的海藻糖合成酶基因相繼被克隆、進行功能分析［5］。在許多開花植物中海藻糖和它的前體海藻糖-6-磷酸的含量非常低，分別低于10 μmol/g鮮重和10 nmol/g鮮重，是由于TPS/TPP基因在過表達或突變時植物代謝和發育也隨之發生改變［6，7］。美國學者發明了一項利用海藻糖-6-磷酸合成酶基因調節植物生長的專利，通過下調表達海藻糖-6-磷酸合成酶基因以提高植物生物量［8］。棉花所有TPS基因家族成員分為2個亞家族（Class I 和Class II），這2個亞家族基因遺傳結構不同，但在脅迫條件下均能被誘導表達，響應環境不同脅迫［9］。水稻基因組11條OsTPS基因中只有OsTPS1具有TPS活性，在低溫、高鹽、干旱脅迫下，轉OsTPS1基因水稻植株抗逆性增強，轉基因株系海藻糖和脯氨酸含量高于野生型，同時OsTPS1基因過表達使WSI18、RAB16C、HSP70、ELIP等相關脅迫基因上調表達［10，11］。

關于非生物脅迫條件下海藻糖增強植物抗逆性的研究報道已屢見不鮮［12，13］。但目前國內外有關香蕉海藻糖基因在非生物脅迫下的生物學功能研究卻少有報道，現僅有1篇文獻報道香蕉海藻糖合成酶基因在生物脅迫下的功能研究［14］。香蕉是熱帶地區人們的主要糧食作物和經濟收入來源。但土地干旱，農藥、肥料的不恰當使用，使土地鹽堿化日趨嚴重，導致香蕉產量遭受不同程度的影響。為豐富香蕉抗逆基因資源，本實驗以香蕉苗為材料，對香蕉海藻糖-6-磷酸合成酶基因（MaTPS5）進行初步的生物信息學分析，借助qRT-PCR分析MaTPS5在不同脅迫下的表達量，以期為進一步探討MaTPS5是否參與香蕉抗逆機制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

香蕉苗源自中國熱帶農業科學院熱帶生物技術研究所澄邁香蕉種植園。取正常條件下生長的五葉一心香蕉幼苗（Musa acuminata L. AAA group cv. Brazilian）的根、球莖、假莖、葉片，以及該品種成年香蕉樹的花和果實，用清水清洗不同香蕉組織器官后立即用液氮速凍，于-70℃保存備用。

1.2 方法

1.2.1 蛋白質同源序列比對及系統發生分析 從香蕉根系轉錄組中通過隨機克隆、測序，以獲得香蕉海藻糖合成酶基因5，將全長DNA序列在NCBI ORF Finder中查找開放閱讀框，利用ProtParam（http://web.expasy.org/protparam/）在線分析其理化性質，PSORT Prediction軟件預測亞細胞定位情況，SignalP 4.1 Server、TMpred軟件分析蛋白信號肽和跨膜結構，NCBI Conserved Domain軟件推導MaTPS5氨基酸序列保守結構域。

在NCBI數據庫BLASTx中查找同源序列，利用DNAMAN軟件進行同源序列比對，通過MEGA5.0軟件分析MaTPS5蛋白與其他植物TPS蛋白序列的進化關系，構建分子進化樹。

1.2.2 MaTPS5在不同組織中特異性表達分析 采用改良的CTAB方法（Wan and Wilkins，1994）提取香蕉根、莖、葉、花、果實5種器官的總RNA。利用M-MLV反轉錄酶（TaKaRa公司）合成第一條鏈cDNA鏈，具體操作過程詳見試劑盒說明書。

取正常條件下生長的五葉一心香蕉幼苗（Musa acuminata L. AAA group cv. Brazilian）的根、球莖、假莖、葉片以及該品種成年香蕉樹的花和果實的cDNA為模板，采用半定量方法對其進行組織特異表達分析。以MaActin1：Pf：5'-CGAGGCTCAATCAAAGA-3'和MaActin2：Pr：5'-ACCAGCAAGGTCCAAAC-3'為內參引物。MaTPS5引物為P1：5'-GGGGAAGGACGAGGATA-3'和P2：5'-ATCAAGCACCGATGACC-3'。通過熒光PCR儀設定反應程序為：95℃預變性30 s；95℃ 7 s，56℃ 15 s，72℃ 20 s，40個循環后做熔解曲線（95-55℃，0.1℃/s），反應體系為25 μL。在Tonan凝膠成像系統儀上查看并獲取cDNA擴增條帶的電泳圖片，分析不同香蕉組織器官中MaTPS5表達量濃度。

1.2.3 MaTPS5在不同非生物脅迫下表達特性分析

1.2.3.1 滲透脅迫處理 取40株五葉一心，生長健壯的香蕉幼苗，分為2組，每組3個處理，每個處理5株，以0 h處理為對照（CK）。利用土壤水分測試儀測定每盆幼苗培養基質水分，并保持80%的水分含量。將香蕉幼苗連帶基質分別浸泡于200 mmol/L NaCl和200 mmol/L PEG6000溶液中，浸沒過根部，脅迫處理時間分別為6、12和24 h。用無菌水洗凈根部，取樣，液氮速凍，放置-80℃保存，提取RNA［15］。

1.2.3.2 低溫脅迫處理 取20株五葉一心，生長健壯并一致的香蕉幼苗，分為4個處理，每個處理5株，其中以0 h處理為對照（CK）。將香蕉幼苗連帶基質放置溫度為8℃的恒溫植物培養箱中，處理時間分別為6、12和24 h。迅速用常溫自來水洗凈根部，快速取樣，液氮速凍，放置-80℃保存，提取RNA［15］。

1.2.3.3 外源激素誘導處理 選取60株五葉一心，生長健壯的香蕉幼苗，分為2組，每組20株，將幼苗連帶培養基質分別浸泡于濃度均為100 μmol/L ACC、ABA水溶液中，浸沒過幼苗根部。處理0（CK）、6、12和24 h后，用無菌水洗凈根部基質，取樣，液氮速凍，放置-80℃保存，提取RNA［15］。

1.2.3.4 枯萎病4號生理小種浸染香蕉苗根系 選取20株五葉一心，生長健壯的香蕉幼苗，分為4個處理，每個處理20株。在正常管理條件下，將枯萎病Foc TR4號小種真菌體澆灌幼苗培養基質，致使菌絲體侵害幼苗根部，處理0（CK）、2、4和6 d之后洗凈根部基質，取樣，液氮速凍，放置-80℃保存，提取RNA［16］。

2 結果

2.1 MaTPS5全長cDNA序列的生物信息學分析

將獲得的海藻糖合成酶基因，命名為MaTPS5，通過擴增獲得MaTPS5 cDNA序列全長為3 081 bp。NCBI ORF Finder分析指出：MaTPS5全長cDNA包含247 bp 5'端非編碼區、175 bp 3'端非編碼區和2 559 bp開放閱讀框；在同一編碼框內同時含有起始密碼子為ATG，終止密碼子TAA，表明此序列為全長序列，其ORF框編碼852個氨基酸。

通過ProtParam分析其理化性質，推測MaTPS5蛋白的分子式C4264H6685N1205O1253S33，相對分子量為95 936.2，等電點pI6.52，為不穩定蛋白，不穩定參數51.68；其理論半衰期為30 h，平均疏水指數-0.258。該蛋白中相對含量較多的氨基酸是10.1% Leu、8.7% Val、7.5% Ala、7.4% Ser、7.2% Arg；總的帶負電荷的殘基（Asp + Glu）為103，總的帶正電荷的殘基（Arg+Lys）為96。通過Protscale分析預測該蛋白脂溶指數為87.17，為疏水性蛋白，說明此蛋白具有高級結構域。

WoLF PSORT軟件分析表明，該蛋白位于線粒體可能性為16.4%，葉綠體可能性為15.1%，位于細胞核可能性為16.1%，其中位于葉綠體中該蛋白的相似序列較多。SignalP 4.1 Server軟件分析發現，MaTPS5蛋白不存在信號肽。推測MaTPS5蛋白亞細胞定位于細胞質中的可能性最大。

TMpred軟件分析MaTPS5蛋白跨膜結構表明，該蛋白存在2個跨膜區域，由胞內到胞外的單向跨膜區域位于第23-24位氨基酸，胞內外雙向跨膜區域位于第399-420位氨基酸，屬于跨膜蛋白。說明MaTPS5蛋白參與對植物生長發育起重要作用的分子機制的調控。

NCBI Conserved Domain軟件分析MaTPS5氨基酸序列保守結構域表明，該蛋白包含GT1-TPS、Trehalase-PPase（TPP）結構域，分別屬于Glycosyl transferase-GTB類超級家族和HAD-like超級家族，此外還有一個PLN03063（UDP-forming）多結構域（圖1）。說明MaTPS5基因序列高度保守。

2.2 MaTPS5蛋白同源序列比對和系統進化樹構建

與已在NCBI數據庫中登錄的其他高等植物TPS氨基酸同源序列比較，結果（圖2）表明MaTPS5編碼的氨基酸序列與其他高等植物TPS氨基酸序列存在較高的同源性，一致性為77.31%。

進化關系分析表明，香蕉MaTPS5氨基酸序列與野蕉TPS（ABF70084.1）氨基酸序列聚在同一側枝上，說明二者親緣關系很近，同源性84.54%。另外與聚類同一主分枝內另一側枝的印度水稻（AEB53177.1）和小麥（ACI16353.1）的進化關系也較近，同源性分別為72.28%和82.29%（圖3）。

圖1 MaTPS5氨基酸序列的保守結構域分析

圖2 MaTPS5編碼的氨基酸序列與其他植物TPS蛋白序列的同源性分析

圖3 不同植物中TPS氨基酸序列的進化樹分析

2.3 MaTPS5在香蕉不同器官中的表達分析

圖4顯示，MaTPS5基因在根、球莖、假莖、葉、花、果實各器官中均有表達，其中在球莖、葉和花中表達量較大，在根中表達量最低。表明MaTPS5表達具有組織差異性。

圖4 MaTPS5在香蕉不同器官中的表達分析

2.4 MaTPS5在不同脅迫下的特異性表達分析

實驗采用非生物脅迫（100 μmol/L ABA和100 μmol/L ACC、8℃、200 mmol/L PEG6000、200 mmol/L NaCl）和生物脅迫（Foc TR4）處理。提取上述5種經非生物脅迫處理的香蕉根系總RNA。如圖5所示，qRT-PCR分析表明高鹽脅迫使MaTPS5的表達量增加，在24 h時達到極顯著，為CK的10倍；外源ACC處理后，MaTPS5表達量增加，在24 h達到極顯著，為CK的8倍；外源激素ABA處理植株后，MaTPS5表達量增加，但不顯著。而在其他2種脅迫條件下，MaTPS5表達不響應。圖6結果顯示，生物脅迫 Foc TR4（香蕉巴拿馬病菌4號生理小種浸染）處理后，MaTPS5在根系中的表達量顯著增加，為CK的3倍。

圖5 MaTP5在不同非生物脅迫下的表達量分析

圖6 MaTPS5基因在Foc RT4病原菌侵染后的表達變化

3 討論

3.1 MaTPS5蛋白序列結構和進化分析

TPS和TPP蛋白構成高等植物一大蛋白家族之一，水稻11個都含有TPS和TPP結構域的TPS基因，功能檢測證明酵母tps1、tps2菌株突變體內只有OsTPS1編碼TPS活性酶，OsTPS蛋白無TPP活性，通過酵母雙雜分析表明TPS結構域可能在互作反應中起關鍵作用，結果顯示OsTPS家族成員可能形成海藻糖-6-磷酸合酶復合物，并具有調節T6P水平的潛力從而調控植物發育；在擬南芥和水稻基因組有11個TPS，水稻中有9個 TPP，擬南芥中至少10個TPP［8，10，17］；僅有少部分的TPS/TPP蛋白具有活性，水稻OsTPS1、OsTPP1、OsTPP2蛋白分別具有TPS和TPP活性［10，18］。蔣偉等［19］經克隆玉米ZmTPS家族研究分析發現，ZmTPS基因具有TPS和TPP兩個結構域，N端為TPS結構域，C端為TPP結構域；并通過酵母突變體互補實驗證明ZmTPS家族基因中ZmTPS3 具有TPS催化活性和具有TPP催化活性，參與調控海藻糖合成。實驗中，MaTPS5編碼的氨基酸與其他植物TPS氨基酸的序列存在較高的同源性，一致性為77.8%（圖3），其中與野蕉TPS（ABF70084.1）氨基酸序列聚為一類，說明二者親緣關系很近，同源性為84.54%；MaTPS5編碼852個氨基酸，保守結構域分析表明其含有TPS和TPP結構域，具有TPS/TPP蛋白活性，作用于底物UDP-葡萄糖和6-磷酸-葡萄糖，進而參與調控海藻糖的生物合成。目前高等植物TPS/TPP蛋白功能的研究報道甚少，還有待于進一步探討。

3.2 MaTPS5在不同器官中表達分析

研究認為植物中不能積累海藻糖與存在海藻糖酶活性過高有關。Muller等［5］發現在擬南芥不同組織器官中海藻糖酶含量不同，在花藥中含量最高，其次葉、莖和根部。丁菲等［20］研究表明，CsTPS在茶樹不同器官中表達量依次為花＞根＞莖＞芽＞葉＞種子，并指出器官差異表達可能是由不同組織和器官發育分化情況、空間位置、代謝活動、功能及環境條件等造成。實驗中，MaTPS5在香蕉植株的根、球莖、假莖、葉、花、果實各器官中均有表達，其中在球莖、葉和花中表達量較大。

3.3 MaTPS5在不同脅迫處理下的特異性表達分析

水稻數據庫統計調查發現，水稻基因組內大量的TPS/TPP基因家族與擬南芥基因家族相似，尤其是基因家族結構，表達分析表明OsTPP1在鹽、滲透和ABA脅迫處理后瞬時上調表達，轉基因過表達株系表明OsTPP1引起非生物脅迫響應基因。OsTPS1過表達提高水稻幼苗對低溫、高鹽和干燥脅迫的耐受性；在轉基因株系中OsTPS1過表達使海藻糖和輔氨酸含量較野生型的高，同時也引起某些脅迫相關基因上調表達，如WSI18、RAB16C、HSP70和ELIP等，結果表明了OsTPS1可能通過提高海藻糖和脯氨酸含量來增強植物對非生物脅迫的耐受性，并誘導其他脅迫相關基因上調表達［11］。轉具有雙官能團的酵母TPS基因番茄植株實驗表明，轉基因植株葉片內海藻糖濃度的增加提高了植株的耐旱和耐鹽性，光合速率也較野生植株強［21］。

植物在生長發育過程中可能遭到不同程度非生物和生物脅迫的危害，植物形成一套復雜的防御系統，在防御過程中植物激素起到重要作用。有研究表明，ACC 處理可以顯著增加野生型擬南芥 C01-0幼苗在高鹽環境下的抗鹽能力和成活率［22］。乙烯信號途徑中的重要組分參與了植物的鹽脅迫反應，因此高鹽脅迫會誘導乙烯合成［23，24］。實驗qRT-PCR結果（圖5）表明，高鹽脅迫下MaTPS5表達量增加，在24 h時表現極顯著，ACC處理下MaTPS5表達量提高，推斷MaTPS5基因表達可能與乙烯信號傳導途徑有關聯。ACC是乙烯合成前體，在ACC氧化酶的催化下產生乙烯，乙烯與受體結合，激活下游元件，完成乙烯信號傳導途徑。乙烯信號傳導途徑參與激發植物防御應答，因此，MaTPS5在乙烯參與植物抗逆應答反應中扮演重要作用。植物在受到病原脅迫之后，能誘導乙烯合成，進一步激活乙烯信號途徑，參與植物防御應答反應。用煙草花葉病毒（TMV）接種煙草時，可以誘導 ACS和 ACO基因的表達，產生大量的乙烯，誘導生成的乙烯可以進一步激活乙烯信號途徑，誘導大量病程相關蛋白（Pathogenesis related protein，PR）基因的表達，提高植物的抗病性［24］。實驗室已建立接種枯萎病病原菌Foc TR4后香蕉根系轉錄組和香蕉基因的轉錄變化的研究方法［16］。運用上述方法，枯萎病病原菌Foc TR4侵染香蕉幼苗后，根系中MaTPS5表達量顯著提高；且ABA處理下，根系中MaTPS5基因表達不顯著，說明MaTPS5不依賴ABA途徑而是通過乙烯信號途徑參與植株生物脅迫的抗逆反應。在全球變暖，土壤鹽堿化和香蕉巴拿馬病的危害下，研究MaTPS5生物學功能及其海藻糖合成酶途徑對提高和改良香蕉抗逆新品種具有重要意義。

4 結論

通過生物信息學分析和基因表達手段，研究MaTPS5基因序列和蛋白結構的特點及其表達特性得出MaTPS5基因編碼的蛋白具有TPS/TPP結構域，定位于細胞質中可能性最大。MaTPS5基因表達具有組織特異性，可能依賴乙烯信號傳導途徑激活相關的蛋白酶活性，誘導其表達，并生物合成相應的海藻糖，參與植物抗逆反應，進而提高植物抗逆性。

［1］羅音. 外源海藻糖提高小麥熱性的生理機制研究［D］. 泰安：山東農業大學, 2007

［2］王多佳, 蒼晶, 牟永潮, 等. 植物抗寒基因研究進展［J］. 東北農業大學學報, 2009, 40（10）：134-138.

［3］ Henry C, Bledsoe SW, et al. The trehalose pathway in maize：conservation and gene regulation in response to the diurnal cycle and extended darkness［J］. J Exp Bot, 2014, 20：5959-5973.

［4］Muller J, Boller T, Wiemken A. Trehalose and trehalase in Plants：recent developments［J］. Plant Science, 1995, 112（1）：1-9.

［5］劉姣, 姜大剛. 作物海藻糖合成相關基因的研究進展［J］. 基因組學與應用生物學, 2014, 3（2）：432-437.

［6］ Eastmond PJ, et al. Trehalose-6-phosphate synthase1, which catalyses the first step in trehalose synthesis, is essential for Arabidopsis embryo maturation［J］. Plant J, 2002, 2：225-235.

［7］Ponnu J, Wahl V, Schmid M. Trehalose-6-phosphate：connecting plant metabolism and development［J］. Frontiers in Plant Science, 2011, 2（12）：70-81.

［8］Leyman B, Ramon M, et al. Use of trehalose-6-phosphate synthase to modulate plant growth：United States, 8357835［P］. 2013.

［9］Mu M, et al. Genome-wide Identification and analysis of the stressresistance function of the TPS（Trehalose-6-Phosphate Synthase）gene family in cotton［J］. BMC Genetics, 2016, 1：1-11.

［10］ Zang B, Li H, Li W, et al. Analysis of trehalose-6-phosphate synthase（TPS）gene family suggests the formation of TPS complexes in rice［J］. Plant Mol Biol, 2011, 6：507-522.

［11］ Li HW, Zang S, Deng XW, et al. Over-expression of the trehalose-6-phosphate synthase gene OsTPS1 enhances abiotic stress tolerance in rice［J］. Planta, 2011, 234（5）：1007-1018.

［12］劉占磊, 等. 海藻糖的應用及其合酶基因TPS在植物轉基因中的研究進展［J］. 中國農學通報, 2009, 25（6）：54-58.

［13］楊瑾. 海藻糖對番茄耐鹽性作用效應的研究［D］. 大慶：黑龍江八一農墾大學, 2010.

［14］ Yang LY, et al. Cloning and induced expression analysis of trehalose synthase gene TPS1of banana Fusarium oxysporum f. sp.［J］. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2012, 28（7）：171-175.

［15］Wang Z, Xu BY, Jia CH, et al. Molecular cloning and expression of five glutathione S-transferase（GST）genes from Banana（Musa acuminata L. AAA group, cv. Cavendish）［J］. Plant Cell Reports, 2013, 32（9）：1373-1380.

［16］ Wang Z, et al. De Novo characterization of the banana root transcriptome and analysis of gene expression under Fusarium oxysporum f. sp. Cubense tropical race 4 infection［J］. BMC Genomics, 2012, 2：1-9.

［17］Ramon M, Rolland F. Plant development：introducing trehalose metabolism［J］. Plant Science, 2007, 12（5）：185-188.

［19］ Shima S, Matsui H, Tahara S, et al. Biochemical characterization of rice trehalose-6-phosphate phosphatases supports distinctive functions of these plant enzymes［J］. Febs J, 2007, 5：1192-1201.

［20］蔣偉. 玉米海藻糖-6-磷酸合成酶基因家族的功能驗證和差異表達分析［D］. 雅安：四川農業大學, 2010.

［21］丁菲, 龐磊, 李葉云, 等. 茶樹海藻糖-6-磷酸合成酶基因（CsTPS）的克隆及表達分析［J］. 農業生物技術學報, 2012, 20（11）：1253-1261.

［22］Lyu JI, et al. Over-expression of a trehalose-6-phosphate synthas /phosphatase fusion gene enhances tolerance and photosynthesis during drought and salt stress without growth aberrations in tomato［J］. Plant Cell Tissue Organ Culture, 2012, 2：257-262.

［23］Wang NN, Shih MC, Li N. The GUS reporter-aided analysis of the promoter activities of Arabidopsis ACC synthase genes AtACS4, AtACS5, and AtACS7 induced by hormones and stresses［J］. Journal of Experimental Botany, 2005, 56（413）：909-920.

［24］ Kim KJ, Park CJ, Ham BK, et al. Induction of a cytosolic pyruvate kinase 1 gene during the resistance response to Tobacco mosaic virus in Capsicum annuum［J］. Plant Cell Rep, 2006, 4：359-364.

［25］于延文, 黃榮峰. 乙烯與植物抗逆性［J］. 中國農業科技導報, 2013, 15（2）：70-75.

（責任編輯 馬鑫）

Biology and Expression Characteristics of Trehalose-6-Phosphate Synthase Gene from Banana

XING Wen-ting1LI Ke-ming2JIA Cai-hong3SHU Hai-yan2WANG An-bang2SUN Pei-guang2XU Gui-ying2，4
（1. Hainan Provincial of Forestry Science Institute，Haikou 571100；2. Haikou Experimental，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Haikou 570102；3. Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Haikou 571101；4. Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070）

Our aim is to explore the role of trehalose-6-phosphate synthase gene in the stress tolerance of banana plant by studying its biological function. A gene from banana rhizome’s transcriptome，designated as MaTPS5，was reaped using the method of random cloning and sequencing. Bioinformatics analysis showed the full length of MaTPS5 cDNA sequence was 3 081 bp，containing a complete open reading frame of 2 559 bp，encoding 852 amino acids. Protein MaTPS5 was an unstable and hydrophobic protein with iso-electric point of 6.52，in which there were two structure domains of GT1-TPS and TPP. It was located in cytoplasm and had two trans-membrane regions but no signal peptide. Comparing MaTPS5 protein sequence to the known plant TPS amino acid sequence，the homology level was 77.31%. Phylogenetic analysis showed MaTPS5 protein sequence was clustered on a common branch with the TPS protein sequence of wild banana，indicating that they were the close relatives and had a common ancestor. Tissue-specific analysis indicated MaTPS5 expression level was high in corm，leaves，and flowers，but the lowest in the roots. qRT-PCR analysis showed MaTPS5 expression increased when banana plantlets were treated with ACC and salt，and peaked at 24 h. After treating banana plantlets with Foc TR4 pathogen，the MaTPS5 expression level rose and was constant in three hours. The results showed MaTPS5 may depend upon the ethylene signaling transduction pathways to induce itself expression，and synthesize trehalose，and therefore participate in stress tolerance of banana plants.

banana；trehalose-6-phosphate synthase gene（TPS5）；bioinformatics；expression analysis

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2017.02.017

2016-04-27

農業部重點實驗室開放課題（RRI-KLOF1403），“十二五”農村領域國家科技計劃（2011AA10020605），現代農業產業技術體系建設專項（CARS-32）

邢文婷，女，碩士，研究方向：植物分子遺傳改良；E-mail：xingwenting8@126.com

許桂鶯，女，博士，研究方向：作物遺傳育種；E-mail：790741075@qq.com