彩色棉查尔酮合成酶基因GhCHS1的克隆和功能分析

摘要

查尔酮合成酶基因(chalcone synthase,CHS)是黄酮类生物合成途径中的第1个限速酶基因.为探讨彩色棉(Gossypium hirsutum)花青素通路中关键酶基因GhCHS与彩色纤维色泽形成的关系,本研究克隆了GhCHS1基因,采用病毒介导基因干涉(virus induced gene silencing,VIGS)技术,获得彩色棉棕絮1号GhCHS1干涉株系,使用qRT-PCR分析干涉株系不同发育时期纤维的GhCHS1基因表达水平,测定干涉株系的纤维、叶片及棉仁花青素含量.从已知棉属基因组筛选到CHS家族的24个成员,根据同源性可归属7个类型和6种三级空间结构类型,其中GhCHS1 (GenBank No.LOC107897841)在棕絮1号发育的纤维和叶片中优势表达.GhCHS1蛋白主要分布在胞液中,二级结构以无规卷曲和α螺旋为主.棕絮1号GhCHS1干涉株系不同发育时期纤维中GhCHS1基因表达水平显著降低(P＜0.05),纤维色泽显著淡化变白,明显区别于野生型棕色纤维,GhCHS1基因的表达水平越低,纤维色泽越浅.花青素含量分析表明,纤维种皮和棉仁花青素含量越少纤维色泽越浅.该研究结果表明GhCHS1基因参与彩色棉植株体内和纤维中花青素的合成和累积,GhCHS1基因在纤维色泽形成中起着关键作用.本研究为开展彩色棉纤维色泽形成机理的研究提供了一定的理论基础.