芸芥自交亲和基因的克隆及功能分析

芸芥属十字花科芝麻菜属，是芸薹属的近缘种，为我国北方旱区、印度、巴基斯坦干旱区重要油料作物。芸芥最大的特性是抗旱性强，是十字花科作物中最为优异的抗旱作物和节水作物。本研究拟利用本项目组发现的芸芥自交亲和突变体ESC1、ESC2，采用限制性酶切片段差异显示（RFDD-PCR）技术克隆芸芥自交亲和基因，并进行芸芥自交亲和基因表达研究；构建芸芥自交亲和基因的植物表达载体，转化自交不亲和的白菜型油菜；通过对转基因植株自交亲和性的分析鉴定来验证所克隆基因的生物学功能。本项目为研究控制自交不亲和植物自交亲和性的机制以及与自交不亲和性的关系等提供依据，同时对种质资源的保存、改良油菜和十字花科植物的抗逆性，培养具有抗旱、节水、耐瘠薄等优良抗逆性的芸薹属植物新品种具有重要应用价值。

芸芥（Eruca sative L.）为自交不亲和植物，具有抗旱、耐瘠薄等特性，是干旱地区重要油料作物，也是十字花科优良的种质资源。本研究以芸芥自交不亲和系和其突变体自交亲和系为材料，研究了柱头蛋白含量、柱头和花药氨基酸含量、酶活性等相关指标，并采用mRNA 差异显示(DDRT-PCR)法对自交亲和系与自交不亲和系进行差异片段分析，结果表明：.1、芸芥自交亲和性为一对基因控制的简单隐性遗传性状。.2、mRNA差异显示扩增结果表明，芸芥自交亲和基因仅在柱头组织中表达，且SC 与SI 柱头间差异主要在开花以后产生，说明芸芥自交亲和基因表达既属于组织特异性表达也属于时空特异性表达。.3、采用5对引物对芸芥自交亲和系(SC) 与自交不亲系(SI)进行mRNA差异显示，共筛选出15条差异条带。.4、首次在芸芥中发现并克隆出木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶（Xyloglucan Endotransglycosylase/Hydrolase, XTH）基因，并命名为EsXTH1。cDNA序列全长为1040 bp，含有一段858bp的开放阅读框（Open Read Frame，ORF），编码着由285个氨基酸残基组成的蛋白质肽链。.5、氨基酸序列同源性比对与系统进化树分析表明，EsXTH1与拟南芥AtXTH6同源性最高，为89.1%，与拟南芥AtXTH7、番茄SlXTH7及康乃馨DcXTH4的同源性分别为73%、73%及69%。EsXTH1 N端编码区存在一个木葡聚糖内糖基转移酶的催化位点保守序列模块（CD）及一个糖基化一致性位点（Gly-C）；在C端有四个半胱氨酸残基，对形成分子间二硫键有重要作用。.6、 EsXTH1具有木葡聚糖内糖基转移酶（Xyloglucan Endotran, XET）和水解酶（Xyloglucan Endohydrolase, XEH）活性功能的两个结构域位点，N端有一个由23个氨基酸组成的信号肽（Signal peptide, SP），初步定为为内膜系统，与蛋白质分泌相关。.7、 表达模式表明，EsXTH1只在花组织特异性表达，并与芸芥育性调控相关。EsXTH1在芸芥SC和SI开花后均有表达，而只在SC开花前不表达。