[发明专利]梨己糖激酶基因PbHXK1及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体涉及梨己糖激酶基因PbHXK1及其应用。

背景技术

梨是世界上主栽的果树树种之一。梨果实的品质决定了商品价值，而果实可溶性糖是构成果实品质的一个重要经济性状，糖代谢调控可直接影响糖的含量及组成。果糖的甜度是葡萄糖的2倍，是蔗糖的1.8倍，己糖的磷酸化作用与蔗糖、己糖含量密切相关，因而，己糖代谢是糖代谢的一个重要组成部分。因此，筛选梨果实己糖代谢过程中的关键基因资源，有助于了解植物己糖激酶参与的糖代谢分子生理机制及糖信号转导耦合激素信号转导调控植株生长发育的过程，为利用基因工程的手段改善果实品质的研究提供新的基因资源。

蔗糖可以转化为贮藏物质，也可以在蔗糖合酶(Sucrose Synthase)或转化酶(Invertase)的作用下水解为果糖和葡萄糖，果糖和葡萄糖经己糖激酶磷酸化，生成果糖-6-磷酸和葡萄糖-6-磷酸，可作为中间代谢产物参与糖酵解途径、磷酸戊糖途径以及淀粉的合成，为生命活动提供能量和中间代谢产物，也可作为糖信号受体，参与调控植物的生长发育。Dai等(1999)在番茄中过量表达拟南芥AtHXK1基因，转AtHXK1基因番茄植株生长受到抑制的程度与AtHXK1基因的表达水平及AtHXK1的催化活性密切相关，即与AtHXK1基因的拷贝数有关。嫁接实验表明，当AtHXK1基因在光合组织中表达时，植株的生长受到抑制。AtHXK1催化活性的增加伴随着叶片叶绿素含量减少、光合速率下降以及光系统Ⅱ反应中心的电子传递效率减低。此外，转基因植株的果实质量、幼果中淀粉含量和成熟果实可溶性糖含量也低于对照。Veramendi等(1999)在马铃薯中分别正义和反义表达马铃薯StHK1基因，结果发现正义表达StHK1基因提高了转基因马铃薯植株叶片和块茎中己糖激酶的催化活性，反义表达抑制了转基因马铃薯植株叶片和块茎中己糖激酶的磷酸化作用，增加了转基因马铃薯植株叶片的淀粉含量，而正义和反义表达转基因马铃薯植株块茎的产量、淀粉含量、糖含量以及代谢水平无显著差异。而Jang等(1997)在拟南芥中过量表达AtHXK1发现，转基因植株中光合相关基因的表达减少、下胚轴伸长被抑制、子叶变黄。分子遗传学、细胞学及生化分析表明拟南芥AtHXK1介导的葡萄糖信号转导与乙稀、脱落酸等多种激素的信号转导密切相关(Cho et al，2010；Karve et al，2012)。Sarowar等(2008)用甲基紫精和病原菌对超表达拟南芥HXK1和HXK2基因的拟南芥转基因株系进行处理的研究表明，己糖激酶可提高植物对非生物和生物胁迫的抗性。此外，HXK还可调控细胞程序性死亡(Kim et al，2006)、种子发育(Troncoso-Ponce et al，2011)、淀粉含量(Giese et al，2005)及花粉萌发(Xu et al，2008)。因此，植物HXK除了具有磷酸化己糖的酶学功能和参与糖信号转导功能，可能还协同营养及激素信号网络共同调控植物的生长发育。

根据N端氨基酸序列，植物HXK主要分为2种类型：A型和B型(Olsson et al，2003)。A型HXK包含1个叶绿体运输信号肽，约30个氨基酸，B型HXK的N端共有1个疏水膜锚定结构域，约24个氨基酸，可能与膜有关。目前已经克隆研究的植物HXK基因有：小立豌藓PpHXK1、PpHXK2(Olsson et al，2003)，番茄LeHXK1、LeHXK2、LeHXK3和LeHXK4(Dai et al，2002；Menu et al，2001；Kandel-Kfir et al，2006)，向日葵HaHXK1(Troncoso-Ponce et al，2011)，马铃薯StHK1、ScHK2(Veramendi et al，1999；Claeyssen et al，2006)，菠菜SoHXK1(Wiese et al，1999)，水稻OsHXK1、OsHXK2、OsHXK3、OsHXK4、OsHXK5、OsHXK6、OsHXK7、OsHXK8、OsHXK9、OsHXK10(Cho et al，2006)，烟草NtHXK1、NtHXK1a、NtHXK2、NtHXK3、NtHXK4a、NtHXK4b、NtHXK5、NtHXK6、NtHXK7(Kim et al，2013)，拟南芥AtHXK1、AtHXK2、AtHXK3(Gonzali et al，2002；Karve et al，2008)。未见梨己糖激酶基因相关的研究报道，本发明克隆梨果实己糖激酶基因PbHXK1，对了解果实糖代谢调控的分子生理机制及品质育种研究具有重要的意义。